[논문 리뷰] SHARE: A Web Service Based Framework for Distributed Querying and Reasoning on the Semantic Web

Benjamin P. Vandervalk, Erin McCarthy외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 20.

Biomedical Text Mining and Ontologies참고 문헌 19인용 수 7

한 줄 요약

SHARE는 웹 서비스 기반 프레임워크를 도입하여 SPARQL 쿼리 엔진과 OWL 추론기의 기능을 확장함으로써 분산된 의미 웹 데이터에 대한 분산 쿼리 및 추론을 가능하게 한다. 웹 서비스 호출을 RDF 삼항형 생성으로 간주하고, 효율적인 데이터 필터링을 위한 역방향 서비스를 활용함으로써 SHARE는 중앙 집중식 데이터 집합이 필요 없이 대규모 분산 생물의학 데이터셋에 걸쳐 확장 가능하고 분산된 추론 및 쿼리 기능을 제공한다.

ABSTRACT

Here we describe the SHARE system, a web service based framework for distributed querying and reasoning on the semantic web. The main innovations of SHARE are: (1) the extension of a SPARQL query engine to perform on-demand data retrieval from web services, and (2) the extension of an OWL reasoner to test property restrictions by means of web service invocations. In addition to enabling queries across distributed datasets, the system allows for a target dataset that is significantly larger than is possible under current, centralized approaches. Although the architecture is equally applicable to all types of data, the SHARE system targets bioinformatics, due to the large number of interoperable web services that are already available in this area. SHARE is built entirely on semantic web standards, and is the successor of the BioMOBY project.

연구 동기 및 목표

• 의미 웹에서 분산된 RDF 데이터셋에 대해 확장 가능하고 분산된 쿼리 및 추론 인프라의 부족을 해결하기 위해.
• 전체 데이터셋을 다운로드가 필요로 하는 중앙집중식 SPARQL 엔진과 추론기의 한계를 극복하기 위해.
• 데이터 중앙집중화 없이 이질적이고 분산된 생물정보학 웹 서비스 간에 의미 웹 추론 및 쿼리를 가능하게 하기 위해.
• BioMOBY 프레임워크를 기반으로 하되, 자체 XML 형식을 W3C 의미 웹 표준(RDF, OWL, SPARQL)에 완전히 부합하는 방식으로 대체하기 위해.
• 사용자가 OWL 클래스를 사용해 고수준의 모듈화된 쿼리를 작성할 수 있도록 하되, 이를 웹 서비스 호출을 통해 자동으로 해결할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 사전에 확보된 데이터에 의존하지 않고, 웹 서비스 호출을 동적으로 수행하는 방식으로 SPARQL 엔진을 확장함. 각 웹 서비스 호출을 RDF 삼항형 생성으로 간주함.
• 각 웹 서비스가 입력(주어)와 출력(서술어) 간의 의미적 관계(서술어)를 RDF 삼항형으로 정의하는 기반 기반 매핑을 사용함.
• 사전에 역방향 매핑을 계산하고 캐시하여, 전체 쿼리 실행 이전에 관련 없는 데이터를 효율적으로 필터링할 수 있도록 '역방향 서비스'를 도입함.
• 복잡한 클래스 정의를 위한 값 확보를 위해 웹 서비스를 동적으로 호출함으로써 OWL 추론기를 확장하여 성질 제약 조건을 테스트함.
• 모든 입력과 출력이 OWL 클래스로 기술된 RDF 문서로 표현되는 표준 의미 웹 기술에 기반한 시스템을 구축함.
• OWL 클래스(예: 'ParkinsonTranscriptionFactor')를 직접 SPARQL에 참조할 수 있도록 허용함으로써 모듈화되고 조합 가능한 쿼리를 지원하며, 인스턴스 검색은 서비스 호출에 의해 구동됨.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체 데이터 복제 없이 분산된 웹 서비스 호스팅 RDF 데이터셋에 대해 효율적으로 작동하는 SPARQL 쿼리 확장을 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 웹 서비스를 동적으로 호출하여 성질 값 해결을 통해 분산된 데이터 소스 간에 OWL 추론을 수행할 수 있는가?
• RQ3 대규모 분산 생물의학 데이터에 대해 확장 가능한 추론 및 쿼리를 가능하게 하는 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ4 기존 생물정보학 웹 서비스를 어떻게 통합된 표준 기반의 쿼리 및 추론 프레임워크에 의미적으로 통합할 수 있는가?
• RQ5 역방향 서비스의 사용이 분산 환경에서 쿼리 엔진과 추론기의 계산 부하를 얼마나 줄일 수 있는가?

주요 결과

• SHARE는 웹 서비스 호출을 통해 동적으로 데이터를 검색함으로써 분산된 데이터셋에 걸쳐 SPARQL 쿼리를 실행할 수 있게 하여 전체 데이터셋을 다운로드할 필요 없이도 가능하게 한다.
• 역방향 서비스의 사용을 통해 시스템은 관련 없는 데이터를 사전에 필터링할 수 있어, 쿼리 엔진과 추론기가 처리해야 할 데이터의 양을 크게 줄였다.
• 웹 서비스를 동적으로 호출하여 성질 값을 해결함으로써 OWL 추론이 분산된 데이터에 걸쳐 작동하도록 확장되었으며, 데이터가 중앙에 집중되어 있지 않더라도 인스턴스의 분류가 가능해졌다.
• 복잡하고 모듈화된 쿼리는 OWL 클래스(예: 'ParkinsonTranscriptionFactor')를 사용하여 가능해졌으며, 이는 다중 성질 제약 조건의 교차로 정의되고 서비스 호출을 통해 해결된다.
• 프로토타입 응용 프로그램(CardioSHARE)을 통해 생물정보학 분야에서 대규모 데이터 통합의 가능성을 입증하였으며, 이는 도메인 특화 온톨로지 기반으로 임상 심장질환 데이터를 대상으로 한다.
• BioMOBY의 고유 XML 형식을 완전한 W3C 표준으로 대체함으로써 SHARE는 더 넓은 상호운용성과 기존 의미 웹 도구 및 파ip라인과의 통합을 가능하게 하였다.