Una Arquitectura cliente-servidor para modelado conceptual asistido por razonamiento automático

Abstract

Los sistemas de información basados en ontologías, en especial la Web Semántica, han tenido un gran impulso en los últimos tiempos, aumentando en cuanto a cantidad de datos e información relacionada. La calidad de los mismos está ampliamente determinada por el nivel conceptual, por lo que el diseño de ontologías es clave para la posterior implementación y mantenimiento. Asimismo, la ingeniería ontológica necesita de metodologías y herramientas gráficas para la creación, edición y actualización de modelos que cumplan con criterios de calidad altos y medibles.

Existen diversas herramientas orientadas a la ingeniería ontológica. Sin embargo, éstas no pueden ser utilizadas sin grandes modificaciones para llevar a cabo una integración gráfico-lógica con soporte de servicios de razonamiento. Esto permite brindarle asistencia al usuario en el diseño ontológico, por medio de la utilización de consultas automatizadas que permitan obtener propiedades conceptuales implícitas o explícitas. Particularmente, y tema central para esta tesis, es la posibilidad de consultar la consistencia de una ontología, y por ende, del modelo conceptual asociado.

En base a lo expuesto, se plantea el diseño de una arquitectura para una herramienta Web colaborativa que utilice lenguajes gráficos de modelado conceptual para la creación de ontologías. A fin de asegurar la calidad de los diseños, se incluye un servicio de razonamiento subyacente para resolver consultas acerca de la consistencia del modelo de usuario y sus clases. Para poder llevar a cabo el mapeo gráfico-lógico, y brindar al razonador la ontología necesaria, se utiliza una codificación que formaliza el lenguaje de modelado conceptual en Lógica Descriptiva. Asimismo, para determinar la consistencia del modelo (y de su ontología asociada) se definen las consultas necesarias para que el razonador pueda responderlas.

Esto resulta en una herramienta denominada crowd que implementa todos los criterios establecidos en el diseño presentado. Se opta por el uso de un subconjunto de primitivas de UML como lenguaje gráfico. Esto requiere de una biblioteca gráfica para la interfaz, por lo que se han relevado varias disponibles, optando por JointJS. crowd puede mostrar al usuario las inconsistencias en un modelo conceptual gracias a la codificación de UML a Lógica Descriptiva escrita en sintaxis OWL 2 y que, con un conjunto de consultas propias del protocolo OWLlink, alimentan al razonador RACER. Las respuestas, son mostradas al usuario bajo el mismo lenguaje gráfico, con notación gráfica resaltada para indicar cuáles elementos gráficos requieren de atención.

There is a great impulse on ontology-based information systems, specially the Semantic Web, raising the amount of data and their relations between them in the last years. The quality of these data is widely determined by the conceptual level, making the conceptual modelling a key process for the latest implementation and maintenance of such systems. To this end, this level requires new methodologies and tools that enable domain experts to create, edit and maintain their models that comply with measurable high level quality criteria.

Although there exists a diversity of modelling tools oriented to the ontologic engineering, they cannot be employed without great modifications to achieve a graphical-logical integration with reasoning services support. These services assist users in the ontological design, through automatic queries about the conceptual implicit or explicit properties of the model. Particularly, and of great interest for this thesis, the ontology can be queried about its consistency, and thus, the consistency of its associated conceptual model.

Altogether, a design for a new architecture is proposed, as a collaborative Web tool that supports ontology authoring using visual conceptual modelling languages. To ensure good design qualities, the proposed tool includes reasoning services that can solve consistency queries about the user's models and their classes. To accomplish the graphical-logical mapping and feed to the reasoner with ontologies, a formalisation in Description Logic (DL) of a conceptual model language is evaluated and considered for this work. Moreover, for proving the soundness of models, the respective reasoner queries are described.

Based on the above, this thesis concludes with an implementation called crowd , which complies all the established baselines described in the presented design. crowd uses a subset of UML primitives as its visual language. For this purpose, JointJS has been selected as graphical library according to predefined criteria defined in this work. This tool can display inconsistencies in user's conceptual models through an UML codification in DL together with a set of queries in the OWLlink protocol for communicating with the RACER reasoning system. Afterwards, the answers are displayed in the same graphical language, with the element's style modified where the user's attention is required.