publicación y búsqueda de servicios web

Publicacion y Busqueda de Servicios Web:marco teorico, estado del arte y problemas

abiertos

Juan Felipe Munoz Fernandez1, Alejandro Garces Hoyos1

y Frank Gabriel Marn Garca1

Universidad Nacional de ColombiaFacultad de Minas

Medelln - Colombia1{jfmunozf,agarcesh,fgmaring}@unal.edu.co

http://www.unal.edu.co

Abstract. El crecimiento acelerado de tecnologas basadas en ServiciosWeb (SW), dieron lugar una cantidad de servicios que no cuentan conla suficiente informacion descriptiva que permita ubicarlos segun necesi-dades concretas. En este documento describimos el modo en que se hanpublicado y se descubren los SW, as como las problematicas asociadas,los retos y nuevos enfoques de soluciones para los problemas de publi-cacion y busqueda de SW en la era de la Web Semantica.

Keywords: Servicios Web, Publicacion, Descubrimiento, UDDI, WADL,WSDL, OWL, RDF, Web Semantica, Ontologas, WSDL-S, OWL-S,WADL-S

1 Introduccion

Es posible usar los Servicios Web (SW) a traves del Internet gracias a estandaresdefinidos a nivel de especificaciones tecnicas o de protocolos de transporte demensajera de SW, por ejemplo WSDL, SOAP, HTTP, UDDI, SMTP, entreotros. El objetivo de los SW siempre ha sido garantizar la interoperabilidad entresistemas heterogeneos. De la rapida adopcion de esta arquitectura basada en SW,surgio una enorme cantidad de SW definidos bajo diferentes especificaciones quepermiten encontrarlos como son WSDL, OWL-S, WSDL-S, WADL, WADL-Sentre otros y mecanismos de publicacion como UDDI. Esta explosion hizo cadavez mas difcil adoptar mecanismos unificados de busqueda y publicacion de SWque se acomoden a necesidades puntuales de los usuarios que los necesitan oconsumen. Resulta paradojico que algo que nacio con el objetivo de integrarsistemas, con el tiempo se fue se fue convirtiendo en un arquitectura compleja yheterogenea en lo que respecta a la publicacion y busqueda de SW.

El resto de este artculo esta organizado de la siguiente manera: en la segundaseccion revisamos lo adoptado de manera estandar por la industria para resolverlos problemas de publicacion y busqueda de SW como contexto del marco teorico.

2 Publicacion y Busqueda de Servicios Web

En la tercera seccion revisamos las propuestas mas recientes en relacion con losdesafos actuales de esta tematica y finalizamos revisando algunos problemasabiertos que pueden abordarse como nuevas propuestas de investigacion.

2 Marco teorico

El rapido desarrollo de Servicios Web (SW) en Internet ha planteado ciertosdesafos en aspectos tan importantes como la publicacion y la busqueda de losmismos. Estos mecanismos facilitan su uso y explotacion. Es importante definirlos conceptos relevantes en cuanto a las tecnologas que se han vuelto un estandary en cuanto a las propuestas que se han venido desarrollando para mejorar lainfraestructura actual de publicacion y descubrimiento de SW. Para comenzares necesario diferenciar conceptualmente ambos terminos en el contexto de losSW. La publicacion de un SW incluye la composicion de la descripcion del ser-vicio y la consecuente publicacion de esta en algun mecanismo que la exponga[1]. Se ha adoptado como estandar de esta descripcion de SW los documentosWSDL (Web Service Definition Language) para los SW basados en SOAP (Sim-ple Access Object Protocol) y WADL (Web Application Description Language)para los SW basados en la arquitectura REST (Representational State Transfer)denominados SW RESTful, ambas especificaciones tecnicas son estandarizadaspor la W3C (World Wide Web Consortium) aunque en el mundo real la mayorade impementaciones RESTful carecen de documentos WADL [2]. Es importantedestacar que dichas especificaciones exponen los aspectos funcionales de los SW,es decir, sus operaciones (metodos), tipos de datos de los parametros que recibenestas operaciones, valores devueltos por dichas operaciones, las descripcionestecnicas de los mensajes con los que se establece la comunicacion con el SW,es decir, indicaciones de como interactuar con el SW, entre otras descripciones.Tanto WSDL como WADL son documentos escritos en XML con el objetivode que puedan ser interpretados de manera automatica por las maquinas sin lanecesidad de la intervencion humana.

Las descripciones de estos servicios Web pueden ser publicadas en diferentesmecanismos que ofrecen diversas capacidades dependiendo de que tan dinamicosea el uso que se le pretenda dar al SW [1] y esto incluye desde el envo dela descripcion del SW a traves del correo electronico a quien pretenda dar usoal mismo, hasta mecanismos mas sofisticados como UDDI (Universal Descrip-tion, Discovery and Integration). UDDI se ha estandarizado como repositorio dedocumentos WSDL. Los proveedores de servicios Web publican en este repos-itorio los documentos WSDL y los consumidores de los SW buscan en dichorepositorio, de acuerdo a las diferentes categoras de este directorio de servi-cios, el SW que necesitan. UDDI define un modelo jerarquico de datos para lapublicacion de documentos que describen los SW. En el nivel mas alto de estajerarqua se encuentra businessEntity que incluye informacion descriptiva acerca del proveedor del servicio. Esta estructura puede contener varios elemen-tos subordinados del tipo businessService y bindingTemplate. La estructurabusinessEntity incluye informacion descriptiva a cerca de todos los SW pro-

Publicacion y Busqueda de Servicios Web 3

vistos por una sola businessEntity y en este sentido, es importante destacarque esta informacion no incluye descripciones tecnicas de los SW que ofrece unabusinessEntity. La estructura bindingTemplate esta asociada con un solo ser-vicio Web e incluye la ubicacion en donde encuentra el SW que esta describe [3]y la ubicacion del Modelo Tecnico del mismo. La estructurabindingTemplatetambien es una estructura subordinada de la estructura businessEntity. Fi-nalmente, en esta estructura jerarquica se encuentran los Modelos Tecnicos [3] otModels. Estos tModels indican, entre otra informacion, la ubicacion en dondese encuentra el documento WSDL del SW. Este apuntador lo describe el ele-mento overviewURL. Es importante anotar que todas las estructuras de datosque componen una publicacion UDDI, incluyen elementos para categorizarlas elregistro en una taxonoma estandarizada por instituciones como North Ameri-can Industry Clasification, International Organization for Standardization (ISO),entre otras [4]. Esta taxonoma es fundamental para buscar y ubicar SW en di-rectorios basados en UDDI. Una implementacion de UDDI que puede probarseen lnea es jUDDI (http://uddiconsole-jbossoverlord.rhcloud.com)

Desde la perspectiva de RESTful, el equivalente a UDDI son los motores debusqueda convencionales como Google, Yahoo!, Bing, entre otros, ya que estostoman ventaja de la interfaz uniforme y los formatos comunes de datos que definela arquitectura REST [5]. En lugar de buscar SW que expongan ciertas opera-ciones, como sucede con SW basados en SOAP, lo que se busca en REST son re-cursos que acepten o provean representaciones para ciertas semanticas [5]. Mien-tras que los SW basados en SOAP definen sus operaciones como metodos queson descritos en WSDL, en RESTful, se definen recursos que se acceden a travesde un unico identificador URI, dichos recursos soportan las operaciones estandardel protocolo HTTP como GET y POST. As, los recursos direccionables a travesde URIs son indexados facilmente por motores de busqueda convencionales. Sinembargo, diferentes propuestas se han elaborado en el marco de la busqueda deSW RESTful como se anota mas adelante en la revision del estado del arte. Unade estas propuestas la constituye OpenSearch (http://www.opensearch.org)intenta estandarizar las busquedas usando REST estableciendo especificacionespara descubrir recursos y un formato generico para utilizar con sistemas basadosen REST [6].

Debido a ciertas limitaciones en las definiciones de los documentos WSDL yWADL , las numerosas complicaciones que se han senalado a lo largo de decadassobre UDDI y con la naciente tendencia de la Web Semantica, se han hechoesfuerzos en investigacion en unos casos, por extender los modelos existentes deUDDI, WSDL, WADL para dotar de semantica a la infraestructura de SW yen otros casos, se proponen modelos completamente nuevos. Ambos enfoqueshacen uso de las ontologas y toda la infraestructura que las soporta: RDF,OWL, OWL-S, RDF, buscadores semanticos, entre otros. Ademas, la crecientepoblacion de SW ha dado como resultado la necesidad no solo de encontrarlos concriterios operacionales especficos, sino que tambien se hace necesario comenzara diferenciarlos por sus aspectos no funcionales. P. ej. QoS (Quality of Service),retardo, desempeno, throughput, costo de uso, entre otros.


3 Estado del Arte

En esta seccion se hace una revision del estado del arte de las propuestas querepresentan los esfuerzos en investigacion mas recientes. En [9] se identificanun conjunto de criterios que deben tenerse en cuenta para mejorar el descubri-miento de SW, que aunque aplican para el contexto de descubrimiento de SWsemanticos, es importante destacarlas ya que muchas de las propuestas revisadasen esta seccion, estan enfocadas a caracterizar sus soluciones en relacion conuna o varias de estas caractersticas. Lo anterior no implica que no se tenganen cuenta otros criterios, por ejemplo, las dificultades ampliamente senaladasen las busquedas en UDDI al permitir unicamente criterios de palabras clave,taxonomas complejas, seleccion manual del servicio Web de una extensa listatextual [9], la carencia de descripciones semanticas de SW SOAP, heterogeneidadde las redes, falta de descripciones no funcionales, entre otras. A saber las carac-tersticas mencionadas en [9] son: 1) descripcion de las propiedades funcionales,2) descripcion de las propiedades no funcionales, 3) GUIs que el usuario puedausar facilmente para encontrar los SW 4) capacidades de correcta categorizacionde los servicios Web, 5) metodos de busqueda y exploracion que permitan porejemplo el uso de filtros para refinar la busqueda 6) funciones de ranking pararesaltar los SW mas relevantes y 7) capacidades de ordenamiento de la listade resultados. Es importante anotar que las busqueda de SW pueden catego-rizarse en dos enfoques: busquedas basadas en descripciones WSDL y busquedasbasadas en semantica [12]. Tambien es importante hacer claridad en cuanto alos siguientes terminos: a) Publicador: Es el rol de quien construye un SW y loexpone para que sea usado. b) Consumidor: Es el rol de quien esta interesado enbuscar un SW para usarlo. c) Broker: Es el rol de quien expone un mecanismopara publicar un SW. Para comprender mejor el resumen de la revision expuestoen la Tabla 1 es importante senalar que algunas de las propuestas en este con-texto, han usado repositorios de SW para pruebas y otras han hecho uso demotores de busqueda convencionales para buscar descripciones tecnicas bien seaSOAP o RESTful ya que en [12] indican que mas del 53% de los registros UDDIson invalidos mientras que un 92% de los servicios indexados por los motores debusqueda estan activos y son validos.

Tabla 1. Resumen de las caractersticas de los trabajos revisados.

Resumen de las revisionesReferencia Enfoque Alcance Detalles

Sharma et al.[7]

Semantico,minera detexto, car-actersticasfuncionalesy no fun-cionales

Consumidor,Publicador

Construccion nucleo semanticopara busquedas con base en pun-tajes semanticos de resultadosde Google y analisis semanticode las descripciones semanticas(DS) en OWL-S.



Junju et al.[8]

Colaborativo,puntajes

Consumidor Sistema de recomendacion deSW basado en filtros colabora-tivos. Tienen en cuenta el perfildel usuario (PU) y los interesesdel usuario (IU) en sistemas pararecomendar SW. Nuevos usuar-ios (U) registran PU e IU. Sis-tema calcula distancias en simil-itudes de PU e IU de U con PUe IU de otros U. Infiere si unusuario de un PU determinadousa un SW especfico, un usuarionuevo con PU similar, es alta-mente probable que le interese elmismo SW.

Adala et al.[10]

Semantico,lingusticacomputa-cional

Publicador,consumidor

Usuario no hace consulta conbase en un estricto modelosemantico (sucede en [7]).Usuario expresa requerimientosen lenguaje natural (en ingles).Proporcionan GUI para consultade usuario. Mapeo de WSDL aOWL-S para SW no semanticos.Usan ontologa SUMO y Word-Net para vocabulario. Calculode distancia semantica entreconsulta y semantica del SW esel nucleo.

Garca et al.[11]

Semantico,puntajes,integracion,carac-tersticasno fun-cionales,SA-WSDL

Consumidor,publicador

Integracion de mecanismos dedescubrimiento de SW con baseen puntuaciones y consultassemanticas. Busqueda de carac-tersticas no funcionales comoQoS y throughput. No restrin-gen al usuario en consulta,similar a [10]. Desacoplamientode ontologas al mecanismo debusqueda. Una GUI de usuario.Buscan sobre servicios descritossemanticamente. Usan WSMO-Lite, SA-WSDL y POSM.



Chiplunkaret al. [12]

Sintactico,WSDL,puntajes,WS-BPEL,composicionmultiples deSW

Consumidor Modelo dinamico de busquedasenalando que las descripcionessemanticas basadas en ontologasse concentran en la descripcionde informacion estatica. Usanel resultado de la busquedahecha en motor de busquedaconvencional para componerde manera dinamica un nuevoSW en tiempo de ejecucionque cumpla con los requerim-ientos del usuario. Empleanmetodologa de busqueda hori-zontal (BH) y busqueda vertical(BV). El resultado de BH y BVes conjunto de SW ejecutados enorden secuencial para componerun solo SW. Calculan pesos ypuntajes como criterios paraseleccion de los SW.

Noor et al.[13]

Semantico,Cloud Com-puting

Consumidor Retos de descubrimientode servicio SW sobre elCloud Computing descritossemanticamente. Estudio usamotor de rastreo de ServiciosCloud (CSCE) logra encontrar5,883 CSCE y hacer analisissobre estos.

Liu et al. [2] ExhaustivoRESTful,SOAP, clasi-ficacion, re-conocimientode patrones

Consumidor Desarrollo de motor de busquedapara SW SOAP y RESTful,diseno de un proceso para des-cubrir SW RESTful, aplicacionde analisis estadsticos sobre lascaractersticas obtenidas de losSW RESTful. Busqueda basadaen reconocimiento de patrones.

Kamilaris etal. [14]

DNS, REST-ful, WADL

Consumidor,Publicador

Proponen usar la infraestructuraactual de DNS. Crear un nuevodominio de primer nivel paraubicar dispositivos expuestos enla Web. Proponen usar WADLpara describir dispositivos e in-teractuar con ellos.

Zhang et al.[15]

Semantico,Redes Neu-ronales,aspectos fun-cionales y nofuncionales

Consumidor Usar redes neuronales para en-contrar SW con funcionalidadesidenticas y componer un soloSW. Usan lingustica computa-cional para calcular semejanzasen descripciones.



Fu et al. [16] Sintactico,carac-tersticas nofuncionales

Consumidor Problema de descubrimiento deSW como un problema de de-cision bajo incertidumbre ya quecaractersticas no funcionalescomo QoS y Trhoughput noson determinsticos. Proponenalgoritmos que usan reglasestocasticas de dominanciapara comparar dos SW conpuntuaciones de incertidumbre

Celik et al.[17]

Semantico,Broker

Broker, Con-sumidor

Broker basado en busquedasemantica. Busqueda se va refi-nando en pasos consecutivos amanera de filtros, similar a [19].Incluye caractersticas no fun-cionales. Propone documentosServiceProfile para almacenardescripciones semanticas de SW.Usa parsers OWL-S - UDDI.

Chen et al.[18]

Redes So-ciales

Publicador,proveedor

Proponen conectar esas islasde SW en una red global so-cial (RGS), proponen esquemade publicacion de SW sociales,propuesta de Framework paraconstruir una RGS de SW,aproximacion para explotar elconcepto de RGS de SW.

Mohammedet. al [20]

Heurstica,SW com-puestos

Consumidor, Seleccion de multiples SW.Busqueda basada en algo-ritmo Harmony Search. Tieneen cuenta descripciones nofuncionales como elementodiferenciador en SW.

4 Problemas abiertos

Es claro que los problemas de publicacion y busqueda de SW se han abordadodesde diferentes enfoques de las ciencias de la computacion. En este aspecto,el espectro de trabajos futuros es amplio. Como se evidencia en la seccion an-terior, se encuentran propuestas que van desde la creacion de nuevos brokers,pasando por minera de texto, aprendizaje de maquina, tecnicas de lingustica


computacional, analisis de redes sociales, sistemas de recomendacion, extensionesa WSDL y WADL, redes neuronales, aprovechamiento de infraestructura actualde Internet (DNS) hasta el uso de metaheursticas, entre otras. As solo podemosde manera general listar algunos problemas abiertos.

Estandarizacion de ontologas y vocabularios para la publicacion y descubri-miento de SW basados en semantica, tanto en enfoques centralizados comoen enfoques descentralizados.

Ampliar investigacion en motores de busqueda semanticos. Ampliar modelos que incluyen caractersticas sociales e informacion de mo-

delos sociales de interaccion de SW. Analisis del lado de los requerimientos del consumidor de SW. Ampliar propuestas de seleccion de SW compuestos usando otras Meta-

heursticas y Mateheursticas. Descubrimiento de SW en arquitecturas de Cloud Computing. Propuestas que no modifiquen infraestructura actual de SW significativa-

mente.

References

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