Konzeptbasierte Konzeptbasierte Anfrageverarbeitung in Anfrageverarbeitung in

MediatorsystemenMediatorsystemen

Kai-Uwe Sattler Kai-Uwe Sattler

Ingolf Geist Ingolf Geist Rainer Rainer HabrechtHabrechtEike SchallehnEike Schallehn

Institut für Technische undInstitut für Technische undBetriebliche InformationssystemeBetriebliche InformationssystemeUniversität MagdeburgUniversität Magdeburg

wwwiti.cs.uni-magdeburg.de/iti_db/

BTW 2003, Leipzig, 26.-28.2.2003

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ÜberblickÜberblick

MotivationMotivation Konzeptbasiertes IntegrationsmodellKonzeptbasiertes Integrationsmodell AnfragemodellAnfragemodell Yacob-MediatorYacob-Mediator AnfrageverarbeitungAnfrageverarbeitung Zusammenfassung & AusblickZusammenfassung & Ausblick

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ProblemstellungProblemstellung Integration heterogener DatenquellenIntegration heterogener Datenquellen

Beispiel: kulturhistorische Datenbanken (Beispiel: kulturhistorische Datenbanken (www.lostart.dewww.lostart.de, , www.herkomstgezocht.nlwww.herkomstgezocht.nl, …), …)

CharakteristikaCharakteristika Potentiell große Anzahl von QuellenPotentiell große Anzahl von Quellen … … mit häufigen Änderungen (Quellen, Inhalte, mit häufigen Änderungen (Quellen, Inhalte,

…)…) … … und disjunkten oder überlappenden Domänenund disjunkten oder überlappenden Domänen

Einsatz von MediatorsystemenEinsatz von Mediatorsystemen Formulierung von Anfragen über globalem Formulierung von Anfragen über globalem

MediatorschemaMediatorschema Anfragezerlegung und ErgebniskompositionAnfragezerlegung und Ergebniskomposition

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MotivationMotivation In Szenarien mit schwach gekoppelten DomänenIn Szenarien mit schwach gekoppelten Domänen

HintergrundwissenHintergrundwissen zur Anfrageformulierung zur Anfrageformulierung Strukturelle Korrespondenzen nicht im MittelpunktStrukturelle Korrespondenzen nicht im Mittelpunkt

sondern semantische Korrespondenzen sondern semantische Korrespondenzen („(„a little less structure a little more semanticsa little less structure a little more semantics“)“)

etching xylography

graphics drawing painting

tablechair

fine artsfurniture

cultural assetmotif

still lifelandscapecoat of arms

mountains river/sea

flowers fruits

artistname

portrays

etching xylography

graphics drawing painting

tablechair

fine arts

furniturecultural asset

coat of arms

mountains

artist

name

portrays

... ...

Globales Domänen-modell

Quellsysteme mit lokalen Modellen

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Konzeptbasiertes Konzeptbasiertes IntegrationsmodellIntegrationsmodell

Repräsentation des Hintergrundwissens: Repräsentation des Hintergrundwissens: Vokabular, Konzepthierarchie, Ontologie, Vokabular, Konzepthierarchie, Ontologie, ……

OntologieOntologie als globales Schema als globales Schema Local as Local as ViewView Ontologie für gegebenen AnwendungsbereichOntologie für gegebenen Anwendungsbereich

Konzepte, Eigenschaften, BeziehungenKonzepte, Eigenschaften, Beziehungen Konzepte als begriffliche „Anker”Konzepte als begriffliche „Anker”

Korrespondenzen zwischen globalen Konzepten Korrespondenzen zwischen globalen Konzepten und lokaler Repräsentation: und lokaler Repräsentation:

„„Objekt Objekt xx in Quelle in Quelle yy ist Instanz von Konzept ist Instanz von Konzept cc””

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Integrationsmodell /2Integrationsmodell /2 KonzeptebeneKonzeptebene

Basis: RDF Schema (RDFS)Basis: RDF Schema (RDFS) Klassen, Properties, ConstraintsKlassen, Properties, Constraints

ErweiterungenErweiterungen KonzeptKonzept als RDFS-Klasse: Begriff, zu dem abfragbare als RDFS-Klasse: Begriff, zu dem abfragbare

Instanzen (Extension) in Quellsystemen vorliegen (Bsp.: Instanzen (Extension) in Quellsystemen vorliegen (Bsp.: „Gemälde“)„Gemälde“)

KategorieKategorie als RDFS-Klasse: Begriff für als RDFS-Klasse: Begriff für Attributausprägung in Quellsystemen (Bsp.: Motiv Attributausprägung in Quellsystemen (Bsp.: Motiv „Stillleben“)„Stillleben“)

DatenebeneDatenebene Objekte als XML-ElementeObjekte als XML-Elemente

Austausch Quelle ↔ MediatorAustausch Quelle ↔ Mediator Anfragen, ErgebnisrepräsentationAnfragen, Ergebnisrepräsentation

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KonzeptschemaKonzeptschema

conceptetching xylography

graphics drawing painting

tablechair

fine artsfurniture

cultural assetmotif

category

still lifelandscapecoat of arms

mountains river/sea

flowers fruits

artist

property

name

portrays

subClassOf

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AnfragemodellAnfragemodell Operationen auf Operationen auf KonzeptebeneKonzeptebene

Auswahl von Konzepten / KategorienAuswahl von Konzepten / Kategorien MengenoperationenMengenoperationen Traversierung von BeziehungenTraversierung von Beziehungen Schemaanfragen: Attribute eines KonzeptesSchemaanfragen: Attribute eines Konzeptes

Operationen auf Operationen auf DatenebeneDatenebene Selektionen, Verbunde, Vereinigung, …Selektionen, Verbunde, Vereinigung, …

ÜbergangÜbergang von Konzept- zur Datenebene von Konzept- zur Datenebene Ermittlung der Instanzen eines KonzeptsErmittlung der Instanzen eines Konzepts

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CQueryCQuery XQuery-basierte AnfragespracheXQuery-basierte Anfragesprache

FLWR-Ausdrücke, XML-KonstruktionFLWR-Ausdrücke, XML-Konstruktion Konzeptschema und Quelldaten als Konzeptschema und Quelldaten als virtuellesvirtuelles

XML-DokumentXML-Dokument ErweiterungenErweiterungen

Konzeptschema als Pseudoelement Konzeptschema als Pseudoelement conceptconcept(Bsp.: (Bsp.: FOR $c IN concept …FOR $c IN concept …))

Traversierung von Beziehungen als Traversierung von Beziehungen als Dokumentpfade (Bsp: Dokumentpfade (Bsp: subClassOfsubClassOf))

Inverse Traversierung (Bsp.: Inverse Traversierung (Bsp.: !subClassOf!subClassOf)) Transitive Hülle bzgl. einer Beziehung (Bsp.: Transitive Hülle bzgl. einer Beziehung (Bsp.: !!

subClassOf+subClassOf+)) Funktion Funktion extension()extension() liefert Instanz eines Konzepts liefert Instanz eines Konzepts

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CQuery: CQuery: AnfrageformulierungAnfrageformulierung

1.1. Auswahl von KonzeptenAuswahl von KonzeptenFORFOR $c $c ININ concept[name=´painting´]/* concept[name=´painting´]/*

2.2. Ermittlung der Extension(en)Ermittlung der Extension(en)LETLET $e := extension($c) $e := extension($c)

3.3. Filterung der DatenFilterung der DatenWHEREWHERE $e/artist ~= ´Gogh´ $e/artist ~= ´Gogh´

4.4. Verknüpfung bzw. ProjektionVerknüpfung bzw. ProjektionRETURNRETURN<painting><title>$e/name</title><painting><title>$e/name</title><artist>$e/artist</artist></painting><artist>$e/artist</artist></painting>

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CQuery: BeispieleCQuery: Beispiele

Kulturgüter außer Möbel mit BlumenKulturgüter außer Möbel mit BlumenFORFOR $c $c ININ concept[name=´cultural asset´]/* concept[name=´cultural asset´]/*

EXCEPTEXCEPT concept[name=´furniture´]/* concept[name=´furniture´]/*LETLET $e := extension($c), $p := $c/properties $e := extension($c), $p := $c/propertiesWHEREWHERE $e/$p ~= ´flowers´ $e/$p ~= ´flowers´RETURNRETURN <item> $e </item> <item> $e </item>

Gemälde mit StilllebenGemälde mit StilllebenFORFOR $c $c ININ concept[name=´painting´] concept[name=´painting´] LETLET $e := extension($c), $e := extension($c),

$m := $c/portrays[name=´still life´] $m := $c/portrays[name=´still life´]WHEREWHERE $e/portrays = $m $e/portrays = $mRETURNRETURN <item> $e </item> <item> $e </item>

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Yacob-MediatorYacob-Mediator MediatorsystemMediatorsystem

Implementierung von CQueryImplementierung von CQuery Datenmodell: XMLDatenmodell: XML Transformation über XSLTTransformation über XSLT

Integrationsmodell: RDF Schema + Integrationsmodell: RDF Schema + ErweiterungenErweiterungen KonzeptschemaKonzeptschema Abbildungsinformationen für QuellenAbbildungsinformationen für Quellen

Quellsysteme/Wrapper Quellsysteme/Wrapper XML als Austauschformat mit beliebiger DTDXML als Austauschformat mit beliebiger DTD XPath-Subset als AnfragespracheXPath-Subset als Anfragesprache Implementierung als Web ServicesImplementierung als Web Services

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Yacob: ArchitekturYacob: ArchitekturQuery Interface

Data Access

Web Service Client

Web Service

Cache-DB

RDQL

Jena APIRDF-DB

Xindice

Parser

Rewriter

Query Execution

XSLTProcessor

Web Service Web Service

Zugriffskomponente

Konzeptmodell-Komponente

PlanungskomponenteAusführungs-komponente

Transformations-komponente

SOAP/HTTP

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AnfrageverarbeitungAnfrageverarbeitungFORFOR $c $c ININ concept[name=´painting´]/* concept[name=´painting´]/*LETLET $e := extension($c) $e := extension($c)WHEREWHERE $e/artist ~= ´Gogh´ $e/artist ~= ´Gogh´RETURNRETURN <item> $e </item> <item> $e </item>

FORFOR $c $c ININ concept[name=´painting´]/* concept[name=´painting´]/*LETLET $e := extension($c) $e := extension($c)WHEREWHERE $e/artist ~= ´Gogh´ $e/artist ~= ´Gogh´RETURNRETURN <item> $e </item> <item> $e </item>

ConceptSel

Concepts

TransClosure

XPath

ExtensionalUnion

GetExtension GetExtension

InstanceSel InstanceSel

Quelle #1 Quelle #1

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Mapping von KonzeptenMapping von Konzepten

Konzept-Mapping:Konzept-Mapping: Lokales XML-Element als „Instanz“ eines Lokales XML-Element als „Instanz“ eines

globalen Konzeptesglobalen Konzeptes Property-Mapping:Property-Mapping:

Pfad zum lokalen Element als Repräsentation Pfad zum lokalen Element als Repräsentation eines globalen Propertieseines globalen Properties

Kategorie-Mapping:Kategorie-Mapping: Lokale Literale für globale KategorienLokale Literale für globale Kategorien

ermöglichen Ableitung der XSLT-ermöglichen Ableitung der XSLT-TransformationTransformation

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Mapping von Mapping von Konzepten /2Konzepten /2

painting

fine arts

cultural assetmotif

still life

artistname

portrays

www.lostart.de/einzelobjekttype=´Painting´

www.lostart.de/einzelobjekt/bezeich

www.lostart.deStilleben

XSLT-Stylesheet

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Anfrageverarbeitung /2Anfrageverarbeitung /2 Query-RewritingQuery-Rewriting

Algebraische OptimierungAlgebraische Optimierung Reduzierung der KonzeptmengenReduzierung der Konzeptmengen

Mehrere Konzepte aus einer Quelle Mehrere Konzepte aus einer Quelle disjunktive disjunktive VerknüpfungVerknüpfung

Behandlung von Konzepthierarchien aus einer QuelleBehandlung von Konzepthierarchien aus einer Quelle Anfrageübersetzung auf Basis der Konzept-MappingsAnfrageübersetzung auf Basis der Konzept-Mappings

Semantisches CachingSemantisches Caching Unterstützung interaktiver Formulierung von Unterstützung interaktiver Formulierung von

AnfragenAnfragen Zwischenspeichern von Anfrageergebnissen in lokaler XML-Zwischenspeichern von Anfrageergebnissen in lokaler XML-

DB und Assoziation mit KonzeptenDB und Assoziation mit Konzepten Indizierung und Auswahl der Cache-Einträge über XPath-Indizierung und Auswahl der Cache-Einträge über XPath-

AusdrückeAusdrücke

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BenutzerschnittstelleBenutzerschnittstelle

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Zusammenfassung & Zusammenfassung & AusblickAusblick

Repräsentation von Domänenwissen in Repräsentation von Domänenwissen in Mediatoren zurMediatoren zur Integration neuer QuellenIntegration neuer Quellen AnfrageformulierungAnfrageformulierung

Nutzung von Semantic Web-TechnologienNutzung von Semantic Web-Technologien RDF Schema als OntologiespracheRDF Schema als Ontologiesprache

Anfragesystem für CQueryAnfragesystem für CQuery Verbindung von Konzept- und InstanzanfragenVerbindung von Konzept- und Instanzanfragen

AusblickAusblick Einsatz mächtigerer Ontologiemodelle (OWL, Einsatz mächtigerer Ontologiemodelle (OWL,

DAML+OIL?)DAML+OIL?) Iterative AnfrageverfeinerungIterative Anfrageverfeinerung Semantisches CachingSemantisches Caching