Документ описывает концепцию семантического грида — развития технологий грид-вычислений с целью координации IT-ресурсов и улучшения обработки данных. Он подчеркивает важность взаимодействия между семантическим вебом и грид-технологиями для автоматизации и интеграции ресурсов, а также рассмотрение применения семантических технологий в разных областях, таких как биоинформатика и климатические исследования. Основное внимание уделяется будущим возможностям и вызовам, связанным с интеграцией семантических и грид-систем в сложных вычислительных задачах.

1. Семантический Грид: новые возможности в обработке информации Згуровский М.З ., Петренко А.И., ИПСА НТУУ «КПИ» NTUU "KPI" 1898

2. Содержание Интернет, Web ы Грид Семантический Web и языки его описания Семантический Грид (SG) Архитектура Композиции заданий SG проекты Заключение

3. Интернет, Web и Грид - технологии, которые изменили мир Интернет - сеть компьютеров, объединенных каналами и использующих протоколы (ТСР\ І Р) для связи ( изобретатели: Vint Cerf и Robert Kahn) Web - сеть сайтов, использующих гиперссылки для переходов от страницы к странице ( изобретатель: Тim Berners-Lee ) . Web обеспечивает доступ к информации, которая находится в миллионах различных серверов, географически распределённых по всему миру Г рид – это новая вычислительная инфраструктура, которая обеспечивает бесперебойный доступ к вычислительным мощностям и ресурсам хранения данных, распределённых по всему миру (изобретатели: Ian Foster, Carl Kesselman)

4. World Wide Web HTTP (Hyper Text Transport Protocol) HTML (Hyper Text Markup Language) URL (Uniform Resource Locator) Источник информации Web сервер Приложение Клиент HTTP URL HTML документ Человеко-машинный интерфейс Использование информации

5. Взаимодействие с помощью XML XML (eXtensible Markup Language) SOAP (Simple Object Access Protocol) Источник информации SOAP сервер Приложение HTTP XML документ Машинно-машинный интерфейс Автоматизация сервисов SOAP сервер Приложение Источник информации XML документ

6. Особенности Грид Если с помощью Web мы можем извлечь из Интернета информацию и документы, то с помощью Грид мы можем получить доступ и к другим ресурсам: вычислительным процессорам, хранилищам данных, программному обеспечению и т.д. …”. Грид-компьютинг – это скоординированное разделение ресурсов и решение задач в динамически меняющихся виртуальных организациях со многими участниками Он имеет много общего с различными индустриальными приложениями : Business-to-business, Peer-to-peer, Application Service Providers, Storage Service Providers, Distributed Computing, Internet Computing Виртуальная организация – объединение (коллаборация) специалистов из некоторой прикладной области, которые объединяются для достижения общей цели

7. OGSA, OGSI и WSRF Открытая Архитектура Грид сервисов ( OGSA - Open Grid Services Architecture) определяет : - структуру - архитектуру - функциональность грид систем Открытая Инфраструктура Грид сервисов ( OGSI - Open Grid Services Infrastructure ) определяет: : - соглашения и спецификации - протоколы и взаимодействие интерфейсов - свойства и уровень сервисов Структура Ресурсов Сетевых Сервисов (( WSRF - Web Services Resource Framework ) определяет : - дальнейший подход спецификации грид сервисов

8. Набор основных сервисов OGSA Комп ь ютер пользователя Сервисы доступа Грид портал Физические ресурсы Cервисы управления Авторизация клиентов Регистратор запросов Брокер ресурсов Каталог данных Сервисов репликаций Поиск ПО Каталог приложений Адаптер заданий Менеджмент заданий Информа- ционный сервис Доступ к отдаленным данным Сервис данных Менеджмент ресурсов Сервис безопасности « стандарты SOAP, WSDL и UDDI

9. ППО Грид ( middleware ) ● Используя ПК или рабочую станцию: Для входа – имя ( account ) и пароль (“ Аутентификация ”) Использование прав, разрешенных вам (“ Авторизация ”) Запуск заданий Управление файлами : создание, чтение / запись, список директорий ● Один административный домен ● Компоненты системы связываются по шине ● Операционная система ● Используя Грид - Для входа – единый цифровой сертификат (“ Аутентификация ”) Использование прав, делегированных вам (“ Авторизация ”) - Запуск заданий Управление файлами : создание, чтение / запись, список директорий ● Множество административных доменов ● Сервисы связываются через Интернет ● ППО ( m iddleware)

10. Наука расширяет применение средств вычислительного анализа и моделирования ( e-Science) Грид обеспечивает решения сложных научных, производственных, инженерных и бизнес-задач Наука все больше делается через распределенные глобальные коллективы с использованием internet ГРИД предоставляет доступ к : -- Очень большим наборам данных Огромным (тера…) вычислительным ресурсам Высокопроизводительной визуализации Высокоскоростным сетям Применения Грид

11. Существующие Грид Следующее поколение Грид Развитие Web Технологии знаний Развитие HPC Мобильные сервисы На пути к следующим поколениям Грид Вычислительный Грид Грид данных Data Minig Грид Семантический Грид – 1 -е поколение

12. Что такое Семантический Грид ? Семантический Грид -это развитие существующего Грид, в котором информации и услугам (сервисам ) приданы четкие значения, позволяющие компьютерам и людям работать в кооперации. Семантический Грид определяет, какие ИТ- ресурсы необходимы для решения поставленной задачи, какие ИТ-ресурсы уже имеются, какие внешние ИТ-ресурсы могли бы быть использованы и в какие ИТ- ресурсы необходимо создать. Грид технологии координируют собственные и внешние ИТ -ресурсы, уменьшая затраты и увеличивая эффективность Грид систем.. Цель Семантического Грида - исследовать возможность использования Семантических Web технологий , чтобы обогатить Грид систему семантикой.

13. Пользователь Грид своему Web- агенту: Найди, пожалуйста, данные о землетрясениях в Украине за прошлый век и данные о солнечной активности за этот период и оцени связь между ними. Проанализируй показатели мировой торговли с начала кризиса и попробуй выявить группу товаров которые занимают первое место в товарообороте развитых стран. Сходи на сайты свободного программного обеспечения и загрузи себя программой решения очень больших по размеру систем линейных разреженных уравнений Вот текст рукописи. Скажи мне, какие страницы и из каких источников позаимствованы без ссылок.

14. Что нужно, чтобы осуществить приведенный сценарий? Нереальный подход: Разработать МЕГА- язык, на котором можно описать все знания человечества и который был бы понятен компьютерам Под угрозой смерти заставить всех Web- мастеров снабжать сайты переводом на этот язык Написать программы, работающие со знаниями на этом языке (обработка запросов, логический вывод)

15. Предложение Тима Бернерса-Ли Отдельно разрабатывать синтаксис и семантику МЕГА- языка описания всех знаний человечества Синтаксис - набор правил построения фраз языка, позволяющий определить осмысленные предложения в этом языке Семантика - система правил истолкования отдельных языковых конструкций. Семантика определяет смысловое значение предложенного языка Синтаксис без семантики: XML Семантика без синтаксиса: человеческая речь

16. Базовые составляющие RDF ( Resource Description Framework ) – синтаксис документов семантического Webа. Использует ссылки на онтологии OWL ( Ontology Web Language ) – язык описания онтологий Онтология – описание классов объектов, их свойств и взаимоотношений для какой-то предметной области ( например, математики) DAML ( DARPA Agent Markup Language ) – язык разметки агентов управления OIL ( Ontology Interchange Language ) – язык , оъединенный с DAML ( DAML+OIL) для разработки онтологий

17. План Тима Бернерса-Ли Нужно последовательно разработать : Синтаксис для представления знаний, использующий ссылки на онтологии ( сделано: RDF ) Язык описания онтологий (сделано: OWL ) Язык описания Web- серверов ( начато: WSDL, OWL-S ) Инструментарий разработки / чтения документов семантического Web (начато: Jena, Haystack, Ptotege ) Язык запросов к знаниям, записанным в RDF (начато: SPARQL) Логический вывод знаний (не сделано) Семантическая поисковая система ( начато: SHOE ) Агенты семантического Web (не сделано)

18. Пирог Тима Бернерса-Ли

19. Cемантическая поисковая система

20. Каталог онтологий

21. Каталог RDF документов

22. Пример RDF - документа Computer Science at the University of Southampton. </dc:description> < dc:creator > AKT Project </dc:creator> < dc:creator> Nick Gibbins </dc:creator> <dct:created> 2004-02-04 </dct:created> <dc:source rdf:resource=&quot; http://research.ecs.soton.ac.uk/ &quot; /> <owl:imports rdf:resource=&quot; http://www.aktors.org/ontology/portal &quot; /> <owl:imports rdf:resource=&quot; http://www.aktors.org/ontology/extension &quot; /> </owl:Ontology> - <akt:Project rdf:about =&quot; http://www.6init.org/ &quot;> <support:has-pretty-name> 6INIT </support:has-pretty-name> <akt:has-web-address> http://www.6init.org/ </akt:has-web-address> <akt:involves-organization rdf:resource=&quot; http://194.66.183.26/WEBSITE/GOW/ViewDepartment.aspx?Department=750 &quot; />

23. OWL: язык описания онтологий OWL : использует синтаксис XML Команды для задания дерева классов Команды для задания принадлежности индивидов классам Команды описания свойств: область определения, область значений и др. Команды описания характеристик свойств: симметричность, транзитивность, функциональность Команды для склеивания ( эквивалентности) классов

24. Фрагмент Грид онтологии

25. Слабая семантика Сильная семантика Спектр онтологий Modal Logic Логическая модель Тезаурус Тахономия Концептуальначя модель DB схема , XML схема UML Реляционная модель , XML ER Расшир. ER Description Logic DAML+OIL, OWL RDF/S XTM Синтактическвя интероперабильность Структурная интероперабильность Семантическая интероперабильность

26. Сравнение Грид и семантического Web Много организационная структура распределенных услуг, выполняемых по запросам Распределенные вычисления Поддержка кооперации Виртуализация и интеграция ресурсов Динамический пользователь метаданных Появляющиеся и исчезающие Грид сервисы Автоматически выполняемая, компьютерам понятная сетевая W eb технология Распределенный менеджмент знаний и информации Поддержка коммуникаций Интеграция информации Статический поставщик метаданных Постоянные Web сервисы Grid Computing Semantic Web

27. Что ожидают от семантического Грида? Описание ресурсов, их поставка и повторное использование Описание процессов и введение шаблонов решения задач Автономное поведение Аннотирование Информационная интеграция различных источников Синхронизация информационных потоков Дополнение SOA машинно – обрабатываемой семантикой и предоставлением возможности: сервисов открытия, адаптации, переговоров сервиса композиции задания с помощью свободно связывающихся , повторно используемых программных компонентов сервиса мониторинга

28. От OGSA к S-OGSA

29. Применения SGrid В OntoGrid для страховых компаний для упрощения процесса страховых выплат интегрированием услуг цепочки партнеров, вовлеченных в процесс В caBIG - системе , которая свободно объединяет исследователей, врачей и пациентов для распространения информации о средствах предотвращения и лечения рака. В BBC Grid - системе исследования изменения климата путем использования свободных мощностей домашних компьютеров для построения модели изменения климата

30. SG myGrid для биоинформатики Сервисы и регистраторы данных , основанные на RDF RDF- метаданные для экспериментальных компонентов Основанные на RDF графы происхождения данных RDF-based Управляемые словари на OWL для содержимого базы данных Основанная на OWL интеграция данных

31. MONET: математический сервис поиска и композиции Решает задачи в пользовательском домене MKMnet ( Mathematical Knowledge Management NETwork ) Использует описание математических свойств зад а чи на OpenMath ( языке для математики), согласительные словари онтологий ( http://www.openmath. org) ; Анализирует задачу в математических терминах сети Calculemus автоматизированными методами доказательств и логических выводов. Идентифицирует сервисы , необхо д имые для композиции полного задания из служебных WSIL/UDDI, WSDL и других сервисов; способствует созданию виртуальных организаций Размещает программные компоненты на аппаратных ресурсах OGSA/Semantic Grid/Grid computing http://monet.nag.co.uk/

32. Общая MONET архитектура

33. Онтологии в МОНЕТ

34. Тематика предстоящих исследований « Р о зраб от ка и внедрение методов эффективного использования существующих гр и д- ресурсов с помощью интеллектуальной обработки данных ( Data Mining ). Создание пилотного комплекса систем автоматизированного принятия решений» Государственная программа на 2009-2013 годы) Автоматизация создания и управления ВО ( виртуальными организациями) Агентная реализация договоренностей сервисов при их композиции Метаданные и аннотации Технологии извлечения знаний при обработке контента Проектирование и реализация г рид- сервисов Обеспечение взаимодействия и сотрудничества Построение семантической грид- системы для информационных задач Украинского Центра Мировых Данных

35. Агентная реализация C Грид

36. Три уровня программирования в SG Уровень 2 Программирование с использованием средств виртуализации прикладной семантики SG (M e та - данные , онтологии ) Уровень 1 Программирование внутри сервисов Приложения на языках Java Fortran C++ MPI etc. Уровень 3 Грид программирование композиций составных сервисов ( сложных заданий) Инфраструктура сервисов W С 2 W С N-1 Web сервис 1 Web сервис N

37. Заключение Симбио з грида и семантического Web достаточно очевиден, перспективы их развития связаны. От семантического Web грид заимствует основу и сервисы для работы со своей семантикой. Сам семантический Web стимулируется мощным развитием грид- приложений и имитирует инфраструктуру грида. Базовые сервисы семантического Web - серверы онтологий, генераторы метаданных, согласование онтологий и т.д. – могут быть реализованы как грид- сервисы. Суть грида в порождении новых больших возможностей при широкомасштабной интеграции ресурсов . Предоставляемая гридом высочайшая автоматизация с необходимостью требует универсально доступной платформы, позволяющей как автоматизированным средствам, так и людям разделять и обрабатывать данные Некоторые стороны деятельности семантического Web могут стать приложениями грид- компьютинга, это относится, например, к поиску, извлечению информации, трансляции, выбору информации мультимедиа. .

38. Вопросы?