PhD. Dissertation-Jose María Alvarez Rodríguez - moldeas

UNIVERSIDAD DE OVIEDO
DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA
TESIS DOCTORAL
MÉTODOS SEMÁNTICOS DE REUTILIZACIÓN DE DATOS
ABIERTOS ENLAZADOS EN LAS LICITACIONES PÚBLICAS
Presentada por
Jose María Álvarez Rodríguez
para obtención del título de Doctor por la Universidad de Oviedo
Dirigida por el
Profesor Doctor D. José Emilio Labra Gayo

Resumen
Las arquitecturas orientadas a servicios (SOA) son un paradigma para el despliegue de una
arquitectura de software basada en tres elementos: servicios, infraestructura de comunicaciones
y una serie de políticas. Las ventajas de uso de este tipo de arquitectura residen un su flexibilidad
tanto en tiempo de desarrollo, despliegue, y sobre todo en mantenimiento. La aparición de
este paradigma surge para dar respuesta a las necesidades de integración e interoperabilidad
entre aplicaciones, dentro de una misma empresa o bien para comunicarse con terceras partes,
resolviendo así los graves problemas de heterogeneidad inherentes a los sistemas distribuidos.
No obstante, el enfoque de SOA es tremendamente imperativo y requiere un gran esfuerzo
de desarrollo en su implantación y, en algunos casos mantenimiento. En este sentido, el uso de
la semántica basado en estándares y modelos de conocimiento compartido para los distintos
dominios de negocio, irrumpe para mejorar los procesos de integración e interoperabilidad y
añadir flexibilidad a este enfoque.
En este trabajo de investigación, se realiza una propuesta para añadir semántica (siguiendo
los estándares desarrollados bajo la iniciativa de Web Semántica) a las arquitecturas orientadas
a servicios pero sin ser intrusivo con el modelo que proponen, reaprovechando el entorno de
ejecución. La semántica actúa para dirigir y enriquecer los distintos procesos en los que se basa
SOA dotando a este paradigma de una mayor flexibilidad, no sólo para los usuarios técnicos
sino también para los usuarios de negocio. El desarrollo de este trabajo tiene los siguientes
objetivos de alto nivel: 1) Estudiar el uso de semántica en arquitecturas orientadas a servicios.
2) Proponer una solución para el uso de semántica en arquitecturas orientadas a servicios.
El primero de los objetivos se cubre a través del repaso de las tecnologías asociadas a SOA
y a semántica. El segundo de los objetivos se cubre con la realización de una propuesta para
aplicar semántica sobre SOA con los siguientes puntos claves:
Utilización de un modelo de conocimiento compartido formalizado a través de ontologías
donde se definen los conceptos y relaciones de un dominio de negocio. Este modelo se
utilizará para definir y describir los servicios de negocio (procesos) y los servicios técnicos
(operaciones de los proveedores).
Una infraestructura SOA basada en servicios web (WSDL+SOAP) y un bus de comunicaciones
(ESB).
Un generador de código BPEL, estándar para la definición de procesos de negocio, guiado
por semántica.
Palabras clave
arquitecturas orientadas a servicios, servicios web, semántica, soa, bpel, esb
I

Agradecimientos
La elaboración de este trabajo de investigación no habría sido posible sin el apoyo incondicional
de mis padres y de mi hermana, que han “aguantado” durante estos últimos años todos
mis cambios de humor con una paciencia digna de mención.
A todos mis compañeros de trabajo, que me han apoyado durante estos últimos años convirtiéndose
en algo más que eso. Por los que están, “Luis” siempre cordial y conciliador, “Milín”
un ejemplo a seguir elaborando documentación, “Cabo Miguel” (que la fuerza le acompaña),
Diego un ejemplo por su forma de trabajar, Sergio (“Wikier”) socialmente accesible a través de
una URI, Iván Minguez, Tejo, etc.
No podía dejar de recordar y agradecer a todos mis amigos: “Ares”, “Lea”, Hugo, “Viñas”,
Héctor, “Mele”, “Rake”, Carla, etc., por todos los buenos momentos que hemos pasado fuera
de “Matrix”.
También, me gustaría agradecer a la empresa E2000 Nuevas Tecnologías y en especial a
Higinio Iglesias, Alejandro Martínez y David Buceta por brindarme la oportunidad de experimentar
con un escenario real.
Por último, quiero agradecer especialmente a mi tutor Antonio Campos por animarme a
investigar, a pensar más allá de lo evidente y hacer las cosas “bien”.
III

Historial de este documento
Fecha Versión Comentarios
Mayo/2011 0.1 Inicio del documento
Junio/2011 0.2 FIXME
Julio/2011 0.3 FIXME
Septiembre/2011 0.3 Versión alfa del documento.
Octubre/2011 0.4 Revisión del documento
Noviembre/2011 0.5 Versión borrador final del documento.
Noviembre/2011 0.6 Versión final del documento.
V

Sobre este documento
Este documento recoge el trabajo de investigación titulado como “Interoperabilidad e Integración
en Arquitecturas Orientadas a Servicios basadas en Semántica” y realizado para la
obtención de la suficiencia investigadora en el Departamento de Informática 1 de la Universidad
de Oviedo 2 .
Este documento se encuentra estructurado de la siguiente forma:
“Introducción” (ver Capítulo 1): se repasan los conceptos básicos de SOA necesarios para
seguir el documento.
“Motivación y Objetivos (ver Capítulo ??: se presenta un escenario real motivador de este
trabajo así como las motivaciones y los objetivos del mismo.
“El problema de la Interoperabilidad”(ver Capítulo ??): en este capítulo se pone de manifiesto
los problemas de interoperabilidad actuales en las arquitecturas software así como
las posibles soluciones. Estado del arte de la interoperabilidad entre aplicaciones.
“El problema de la Integración”(ver Capítulo ??): en este capítulo se pone de manifiesto
los problemas de integración actuales en las arquitecturas software así como las posibles
soluciones. Estado del arte de la integración de las aplicaciones.
“Arquitecturas Orientadas a Servicios”(ver Capítulo ??): en esta capítulo se detallan más
profundamente este tipo de arquitecturas. La tecnología que contemplan y el estado actual
de la misma.
“Semántica aplicada a SOA”(ver Capítulo 3): en esta capítulo se detalla la aplicación de
la semántica en las arquitecturas orientadas a servicios.
“Definición de SOA usando Semántica”(ver Capítulo ??): en este capítulo se propone un
SOA basado en semántica. Es el capítulo más relevante de este trabajo de investigación.
“Experimentación y Validación” (ver Capítulo 8): se repasa la validación de la propuesta
así como el grado de consecución de los objetivos.
“Conclusiones y Trabajo Futuro”(ver Capítulo 10): se comentan las conclusiones obtenidas
tras la realización de este trabajo de investigación. También se marcan las líneas de evolución
futura.
“Impacto”(ver Apéndice B): en este capítulo se comentan los resultados (publicaciones,
entregables de proyectos, etc.) relacionados con este trabajo de investigación.
“Metodología de Trabajo” (ver Apéndice C): en este capítulo se fijan las directrices y una
metodología de trabajo para continuar con la realización de la tesis.
1 http://www.di.uniovi.es
2 http://www.uniovi.es
VII

VIII
“Web Semántica” (ver Apéndice ??): en este capítulo se comenta el concepto de web
semántica y sus aplicaciones de forma genérica.

Sobre el autor
Jose María Alvarez Rodríguez es Ingeniero en Informática (2007, Proyecto Ontospread: “Activación
de Conceptos en Ontologías mediante el algoritmo de Spreading Activation”, premio
del Colegio Oficial al mejor proyecto fin de carrera) e Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas
(2005) por la Universidad de Oviedo.
Actualmente realiza el trabajo de investigación del programa de doctorado “Sistemas y
Servicios Informáticos para Internet” en la Universidad de Oviedo titulado como “Interoperabilidad
e Integración en Arquitecturas Orientadas a Servicios basadas en Semántica”.
Desde el 2005 trabaja en la unidad de tecnologías semánticas del departamento de I+D+i de
la Fundación CTIC 3 y, combina su actividad laboral con la docencia como profesor asociado en
el Departamento de Informática de la Universidad de Oviedo desde el año 2008 .
Tiene experiencia en el desarrollo e integración de aplicaciones empresariales J2EE, diseño
de arquitecturas SOA o sistemas de búsqueda. Participa activamente en la investigación en
Web Semántica, arquitecturas orientadas a servicios, sistemas basados en reglas y lenguajes de
programación. Adicionalmente, es miembro del grupo de trabajo SEA: Service Engineering &
(service-oriented) Architectures de la iniciativa INES 4 .
3 http://www.fundacionctic.org
4 http://www.ines.org.es/
IX

Índice general
1. Introducción 1
2. Contratación Pública y e-Procurement 3
3. Panorámica de uso de la Web Semántica y Linked Data 5
3.1. Definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.1.1. No es Web Semántica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2. Infraestructura para la Web Semántica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.1. Ontologías en la Web Semántica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.2. Arquitectura para la Web Semántica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.3. Lenguajes para la Web Semántica: creando ontologías . . . . . . . . . . . . 16
3.3. Ontologías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.2. Definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.3. Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3.4. Clasificación de ontologías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.5. Principios de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.6. Operaciones con ontologías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.7. Aplicación de las ontologías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.8. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4. Panorámica de aplicación de Métodos Semánticos 49
5. Descripción de funcionamiento individual de los Métodos Semánticos 51
5.1. Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.1.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.1.2. Parametrización del Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.1.3. Implementación de Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.1.4. Versión de Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.1.5. Casos de uso y escenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
XI

XII ÍNDICE GENERAL
6. Descripción de funcionamiento colectivo de los Métodos Semánticos 67
7. Sistema MOLDEAS 69
8. Experimentación y Validación 71
9. Evaluación 73
10. Conclusiones y Trabajo Futuro 75
A. Trabajos publicados 77
B. Impacto 79
C. Metodología de Trabajo y de la Investigación 81
Referencias 83

Índice de figuras
3.1. Arquitectura Web Semántica 2002. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2. XSL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.3. Arquitectura Web Semántica 2005. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4. Modelo de tripletas RDF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.5. Concepto expresado en SKOS-Core. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.6. SIOC integración con otros vocabularios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.7. Niveles de expresividad OIL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.8. Algunos lenguajes para la Web Semántica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.9. Clasificación de una ontología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.10. Capas de WSML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.11. Sistemas basados en conocimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1. Modelo gráfico del Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.2. Activación de conceptos en Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.3. Premiando caminos Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4. Proceso genérico de Spreading Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.5. Aplicando Spreading Activation en el Proyecto Bopa . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
XIII

XIV ÍNDICE DE FIGURAS

Índice de tablas
3.1. Familia de lógicas SH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
XV

XVI ÍNDICE DE TABLAS

Capítulo 1
Introducción
1

2 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

Capítulo 2
Contratación Pública y e-Procurement
2.1 Introducción
2.1.1 Contratación Pública
2.1.2 Contratación Pública Electrónica: e-Procurement
El término e-Procurement se utiliza para designar al uso de medios y tecnologías electrónicas
para llevar a cabo las operaciones y comunicaciones relacionadas con la contratación pública
y en general, para todos aquellos procesos en los que participen proveedores y consumidores
de un cierto servicio o producto. En el caso particular de las administraciones públicas
se utiliza esta terminología para definir las operaciones llevadas a cabo para adquirir bienes o
servicios mediante distintos métodos: contratación directa, centrales de contratación, contratos
de urgencia y emergencia, etc.
La importancia del proceso de contratación pública electrónica va más allá de la simple
transición del papel
2.1.3 Necesidades de e-Procurement
2.1.4 Desafíos europeos en e-Procurement
2.1.5 Iniciativas y proyectos de e-Procurement
2.1.6 Evaluación del estado actual del mundo de e-Procurement
2.1.7 Conclusiones
3

4 CAPÍTULO 2. CONTRATACIÓN PÚBLICA Y E-PROCUREMENT

Capítulo 3
Panorámica de uso de la Web Semántica
y Linked Data
5

6 CAPÍTULO 3. PANORÁMICA DE USO DE LA WEB SEMÁNTICA Y LINKED DATA

Capítulo 4
Panorámica de aplicación de Métodos
Semánticos
7

8 CAPÍTULO 4. PANORÁMICA DE APLICACIÓN DE MÉTODOS SEMÁNTICOS

Capítulo 5
Descripción de funcionamiento individual
de los Métodos Semánticos
9

CAPÍTULO 5. DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO INDIVIDUAL DE LOS MÉTODOS
10
SEMÁNTICOS

Capítulo 6
Descripción de funcionamiento colectivo
de los Métodos Semánticos
11

CAPÍTULO 6. DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO COLECTIVO DE LOS MÉTODOS
12
SEMÁNTICOS

Capítulo 7
Sistema MOLDEAS
13

14 CAPÍTULO 7. SISTEMA MOLDEAS

Capítulo 8
Experimentación y Validación
15

16 CAPÍTULO 8. EXPERIMENTACIÓN Y VALIDACIÓN

Capítulo 9
Evaluación
17

18 CAPÍTULO 9. EVALUACIÓN

Capítulo 10
Conclusiones y Trabajo Futuro
19

20 CAPÍTULO 10. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO

Apéndice A
Trabajos publicados
21

22 APÉNDICE A. TRABAJOS PUBLICADOS

Apéndice B
Impacto
23

24 APÉNDICE B. IMPACTO

Apéndice C
Metodología de Trabajo y de la Investigación
25

26 APÉNDICE C. METODOLOGÍA DE TRABAJO Y DE LA INVESTIGACIÓN

Referencias
27