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UNITA' DI RICERCA
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Bibliografia
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Programma di ricerca
ESTEEM: Emergent Semantics and cooperaTion in multi-knowledgE EnvironMents - Metodi e strumenti avanzati per la collaborazione semantica in comunita' virtuali su webUniversità di riferimento
Università degli Studi di ROMA "La Sapienza" - INFORMATICA E SISTEMISTICA - ROMA(RM)Responsabile dell'Unità di ricerca
Tiziana CATARCIDescrizione
Grandi imprese, organizzazioni commerciali, sistemi di e-government ed, in breve, ogni tipo di comunità lavorativa che utilizza internet, manifesta oggi la necessità di accedere in maniera coordinata e virtuale a risorse di informazione distribuite. L'integrazione di dati è perciò un compito fondamentale per molte attività lavorative e di vita quotidiana. Le tecniche di integrazione dati sono basate sull'idea di mappare tutti gli schemi delle sorgenti (schemi locali) in un singolo schema globale integrato. La definizione di mapping tra schema locale e globale è un compito statico, parte di una fase preliminare di progettazione del sistema. Oggi, emergono nuovi requisiti che non sono presi in considerazione dalle tradizionali tecniche di integrazione dei dati: le imprese virtuali integrano dati di molte entità commerciali autonome e disponibili su Web, che agiscono come nodi (peers), assumendo sia il ruolo di produttori che di consumatori di dati.Come scenario applicativo, consideriamo la collaborazione scientifica in campo medico, in cui personale medico manifesta la necessità di condividere dati in formato elettronico, per poter migliorare i processi decisionali e ridurre gli errori. Un medico potrebbe voler ottenere tutte le informazioni pertinenti alla malattia di un certo paziente, dai geni che possono aver contribuito a generarla, sino ai sintomi e trattamenti possibili. Ciò necessita l'integrazione di sorgenti disparate, spesso disponibili sul Web, e non note a priori.
In tale scenario, nuove problematiche di integrazione dati devono essere studiate. Il raggiungimento di un consenso globale su di un singolo schema condiviso diventa impossibile con un numero enorme di sorgenti autonome. Inoltre, questo tipo di ambiente, estremamente dinamico, richiede la verifica di un nuovo accordo globale ad ogni cambiamento del sistema.
Il consenso locale deve essere raggiunto dinamicamente e l'integrazione degli schemi deve avvenire durante l'interazione dei peer, conformemente ai nuovi principi del paradigma della "emergent semantic".
Inoltre, le caratteristiche di questo nuovo setting richiedono nuovi modi di processare interrogazioni dai peer. Si noti che, sebbene vi siano alcuni sforzi iniziali relativi al problema del processamento di interrogazioni in sistemi peer-to-peer (P2P), essi sono basati su restrizioni della topologia complessiva dei mapping (ad esempio, assenza di cicli fra i peer). Questa assunzione non sembra realistica, visto che non esiste un singolo attore responsabile dell'intero sistema. Ulteriori problematiche riguardano come scoprire dinamicamente quali sorgenti sono disponibili e possono essere sfruttate per rispondere alle interrogazioni. La disponibilità dei peer nel tempo non è garantita, perciò può essere necessario risolvere situazioni in cui le sorgenti coinvolte in una particolare interrogazione diventano improvvisamente non disponibili. Inoltre, è necessario decidere quale sia il modo più efficiente ed affidabile per indirizzare le interrogazioni sulla rete.
Diversi problemi connessi a queste proprietà delle reti P2P sono già stati studiati nell'area dei sistemi distribuiti. In generale, tuttavia, le soluzioni esistenti non sono adatte all'integrazione dati P2P. Un importante obiettivo di questa ricerca sarà comprendere come sfruttare tali soluzioni nel contesto dell'integrazione dati.
A causa della natura aperta dei sistemi P2P, chiunque può entrare a far parte di una rete di peer. Ciò comporta due problemi diversi ma tra loro collegati: la gestione della credibilità e la qualità dei dati. La gestione della credibilità consente ai peer di identificare altri peer di cui si fidano, e interagire solo con tali peer. Ogni sorgente dati può in principio influenzare il risultato finale integrato e dunque deve essere controllata. Per esempio, nello scenario applicativo sopra descritto, è vitale proteggere gli utenti dalla diffusione di informazione derivante da sorgenti non affidabili. I meccanismi di credibilità sono strettamente legati alla qualità dei dati disponibili ai peer. I dati sono spesso affetti da problemi di qualità, che vanno da una scarsa accuratezza a livello sintattico (i dati sono errati, per esempio in conseguenza di errori durante la loro raccolta o manipolazione), alla presenza di vari formati di dati o di inconsistenze, sia in una singola sorgente sia in diverse sorgenti, sino a problemi relativi alla loro diffusione.
Data la natura aperta di queste reti, nessun tipo di restrizione può essere applicata sulla qualità dei dati condivisi dai peers. Perciò, è essenziale che il controllo della qualità dei dati sia applicato sia attraverso i meccanismi di credibilità descritti sopra, che attraverso adeguate misure che prendano esplicitamente in considerazione la qualità nel processamento delle interrogazioni. Nello scenario di riferimento, è importante per i medici e ricercatori essere in grado di accedere a "dati di elevata qualità" o se possibile ai dati migliori (ad esempio i più aggiornati ed accurati) disponibili nella rete.
L'unità UNIROMA affronterà i problemi di ricerca sopra descritti attraverso lo sforzo congiunto del gruppo di Basi di Dati e di Conoscenza e del gruppo di Sistemi Distribuiti. In particolare, UNIROMA identificherà soluzioni al problema di integrazione dati in un ambiente P2P, prendendo in considerazione le problematiche di credibilità e di qualità dei dati. UNIROMA inoltre progetterà e svilupperà uno strato P2P relativo su cui tutti i servizi ESTEEM verranno dispiegati.
Il piano di lavoro consiste di due fasi. Ogni fase è costituita da attività e relativi deliverable. Tali fasi sono descritte nel seguito.
Fase 1
Attività 1.1
La prima fase riguarderà uno studio comparato sull'integrazione dati P2P, per evidenziare punti di forza e di debolezza. Saranno esaminate, nell'ambito dell'"emergent semantics", le tecniche per la comparazione di ontologie, la ricerca di mapping tra ontologie, la rappresentazione e la specifica dei mapping. Tutte queste caratteristiche verranno analizzate tenendo in considerazione parametri di qualità relativi a ciascun peer, quali accuratezza, completezza, consistenza, etc., la caratterizzazione della credibilità dei peer e tenendo in considerazione requisiti specifici del paradigma P2P, quali flessibilità dinamicità, e modularità.
Riguardo al query answering, saranno studiati i metodi esistenti per la rappresentazione dell'informazione all'interno di un singolo peer nell'ottica di caratterizzarne il potere espressivo e le associate capacità computazionali del peer. Inoltre, verranno presi in considerazione gli approcci esistenti per la rappresentazione di mapping tra peer e per caratterizzare la semantica del processo complessivo di query answering. Particolare enfasi verrà data agli aspetti concernenti l'effettiva realizzazione dei metodi di query answering come servizi offerti dai peer, attraverso l'uso di infrastrutture tecnologiche esistenti in vari contesti, come architetture Grid.
Le infrastrutture di comunicazione P2P esistenti verranno analizzate, con una particolare enfasi sui sistemi P2P strutturati. La letteratura presenta diversi sistemi in cui dati complessi vengono mappati sul semplice spazio logico offerto della overlay networks strutturate (ad esempio sistemi publish/subscribe content-based). Tali sistemi verranno analizzati per ricavarne metodi e tecniche di validità generale per la costruzione di mappature applicabili agli scopi del progetto.
Risultati dell'Attività 1.1
D1.1: Rapporto tecnico sullo studio comparato dei: (i) metodi per la specifica di peer e di mapping in sistemi di integrazione dati P2P; (ii) modelli per la qualità dei dati e per la credibilità in tali sistemi, (iii) sistemi P2P strutturati ed applicazioni basate su di essi.
Attività 1.2
La seconda attività sarà dedicata a collezionare requisiti dettagliati per lo scenario applicativo di ESTEEM (collaborazione scientifica nel campo medico). L'insieme dei requisiti sarà raccolto attraverso interviste e questionari ai partner utenti del progetto. Si prevede che i partner utenti del progetto saranno medici del Policlinico Universitario "A. Gemelli" e del Policlinico Universitario "Umberto I" di Roma. Ulteriori partner potranno essere individuati durante lo svolgimento del progetto. I requisiti raccolti saranno sfruttati per la realizzazione del dimostratore integrato che sarà implementato nella seconda fase del progetto. Si sottolinea che, anche se il dimostratore sarà implementato su uno scenario applicativo specifico, la piattaforma ESTEEM è di impiego generico, e può essere di supporto per diverse comunità semantiche.
Risultati dell'Attività 2.2
DALL.1 (tutti i partner): Rapporto tecnico nel quale verranno riportati i requisiti raccolti per lo scenario applicativo.
Attività 1.3
La terza attività sarà dedicata allo sviluppo di tecniche per la specifica e per il processamento di interrogazioni in sistemi di integrazione dati P2P trust-aware.
Verrà identificato un modello semantico adeguato sia per il singolo peer, che per il query answering nei sistemi P2P. In particolare, considerando aspetti quali la qualità dei dati e la credibilità,verranno identificate soluzioni ai seguenti problemi: (i) caratterizzazione della struttura e della semantica di ogni singolo peer, (ii) definizione della semantica per il mapping tra peer, e della semantica dell'intero sistema P2P, (iii) risoluzione delle query in un sistema P2P trust-aware, (iv) sviluppo di algoritmi efficienti per il query answering. Tecniche e metodi sviluppati in questa attività verranno implementati in un prototipo software nella fase 2.
Risultati dell'Attività 1.3
D1.2: Rapporto tecnico contenente la definizione di un framework formale per sistemi di integrazione dati P2P trust-aware, la specifica della loro semantica, la definizione di tecniche per il query answering coerenti con il modello semantico scelto.
Attività 1.4
La quarta attività sarà dedicata alla progettazione di una infrastruttura P2P basata su una overlay network strutturata. Tale infrastruttura fornirà ai peer primitive di base, quali (i) localizzazione di risorse, (ii) group membership, (iii) comunicazione uno-a-uno e uno-a-molti. Inoltre la overlay network sarà progettata per accomodare tutti i requisiti necessari per supportare le tecniche di processamento delle query definite nell'Attività 1.2. Da questo punto di vista saranno investigati metodi per mappare i dati oggetto delle query sullo spazio logico fornito dalla overlay network strutturata, per realizzare una corrispondenza diretta tra le operazioni di query e le operazioni a livello di overlay network.
Risultati dell'Attività 1.4
D1.3: Rapporto tecnico contenente l'architettura di un sistema P2P basato su una overlay network strutturata, assieme alle tecniche necessarie per poter fornire ai peer primitive per la localizzazione di risorse, la group membership e la comunicazione.
Attività 1.5
Questa attività sarà incentrata sulla specifica di alto livello dell'architettura di ESTEEM, da definirsi in cooperazione con gli altri partner del progetto. L'architettura fornirà un insieme di servizi per: l'accesso integrato e trust-aware ai dati distribuiti tra i peer di una comunità semantica, la localizzazione ed l'identificazione di web services all'interno della stessa comunità, e la definizione del consenso e la gestione di comunità semantiche. Tali servizi saranno accessibili attraverso uno strato software adattivo e multicanale. I servizi di ESTEEM saranno sviluppati sotto forma di web services accessibili attraverso uno strato di cooperazione P2P. L'architettura di ESTEEM sarà il risultato della convergenza tra web services, P2P e grid. Una possibile soluzione per tale convergenza è l'uso dell'Open Grid Services Architecture (OGSA). Essa infatti permette agli sviluppatori di integrare servizi e risorse attraverso ambienti e comunità distribuite, eterogenee e dinamiche. Il modello OGSA adotta il Web Services Description Language (WSDL) per definire il concetto di grid service. Come compito specifico, UNIROMA definirà le interfacce WSDL dell'insieme dei servizi che garantiranno l'accesso integrato e trust-aware ai dati del sistema P2P.
Risultati dell'Attività 1.5
DALL.2 (tutti i partner): Rapporto tecnico contenente la definizione ad alto livello dell'architettura di ESTEEM, e le specifiche WSDL di tutti i servizi da essa offerti. UNIROMA è responsabile per la specifica sia dello strato di cooperazione P2P, sia dei servizi di integrazione dei dati.
Fase 2
Attività 2.1
Il raggiungimento degli obiettivi del progetto richiede la definizione di un'architettura comprensiva per ESTEEM, che tenga conto di tutti gli aspetti relativi ai problemi precedentemente discussi. UNIROMA si occuperà di definire un architettura basata su servizi per l'accesso integrato ai dati in un sistema P2P, con gestione orientata alla qualità ed alla credibilità, e guiderà l'integrazione tra i vari partner durante il processo di definizione delle rispettive parti dell'architettura di ESTEEM.
Per supportare la progettazione dell'architettura, e per facilitare l'individuazione di possibili problemi derivanti dall'interazione tra i servizi che saranno sviluppati dai diversi partner, l'attività di progettazione prevede lo sviluppo di un prototipo freddo (mock-up) per i servizi sviluppati da UNIROMA per l'accesso integrato e trust-aware ai dati in sistemi P2P. Concorrentemente, gli altri partner implementeranno mock-up per i rispettivi servizi. Tutti i partner saranno quindi coinvolti in un processo di verifica comune durante il quale tali prototipi verranno integrati. Ciò fornirà a ciascun partner un visione completa dei possibili problemi. Il risultato di tali test verrà considerato durante lo svolgimento dell'Attività 2.2.
Risultati dell'attività 2.1
DALL.3 (tutti i partner): Rapporto tecnico contenente la definizione dettagliata dell'architettura di ESTEEM.
DALL.4 (tutti i partner): Prototipi e dati raccolti durante la fase di test.
Attività 2.2
In questa attività verranno sviluppati i servizi di UNIROMA tenendo conto delle specifiche definite nelle precedenti attività. La fase di implementazione seguirà un approccio a spirale/iterativo e sarà basato su tecnologie Grid e Web Services.
Risultati dell'Attività 2.2
D1.4: Implementazione di un insieme di servizi trust- e quality-aware per l'accesso integrato ai dati in sistemi P2P.
D1.5: Implementazione dello strato di cooperazione P2P.
Attività 2.3
Tale attività verrà sviluppata congiuntamente da tutti partner. Essa consiste nella implementazione di un dimostratore integrato, tramite il quale verrà mostrata l'utilizzo della piattaforma ESTEEM per la collaborazione scientifica in campo medico. L'implementazione del dimostratore integrato servirà come piattaforma di test per verificare l'efficacia dei risultati della ricerca su uno scenario di uso reale. L'implementazione del dimostratore di ESTEEM sarà basata sui servizi sviluppati nell'Attività 2.2. UNIROMA sarà responsabile dello sviluppo dei moduli del dimostratore inerenti le attività di integrazione dati trust-aware.
Risultati dell'Attività 2.3
DALL.5 (tutti i partner): Rapporto tecnico nel quale verranno illustrati il dimostratore unificato ed i risultati degli esperimenti condotti nel contesto dello scenario applicativo.
