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“Web Semantica y Ontologıas aplicadas en el Areade la Energıa de la Universidad Nacional de Loja”

Freddy Loayza, Jhymer Martınez

Resumen—El presente documento expone cual es la estructuray funcionamiento de la Web Semantica como una forma deevolucion de la Web tradicional. Sus ventajas y explicaciondetallada mediante un caso practico tomando de nuestro entornoacademico haciendo uso del framework protege como medio parala creacion de Sistemas Inteligentes, a fin de tener una vision lomas clara posible de como trabaja la Web 3.0.

Palabras Claves—Protege, Web 3.0, Web semantica, java,ontologıa

I. INTRODUCCION

La gran mayorıa de usuarios de Internet en alguna ocasionnos hemos encontrado con un problema muy comun, la pocaeficiencia al momento de obtener informacion de acuerdo anuestras necesidades reales. Comunmente la Web tradicionaly mas especıficamente los buscadores utilizaban y siguenutilizando un metodo de busquedas mediante coincidenciasde palabras dentro de paginas web y documentos en generalque se encuentran en el Internet. debido a este problemanace la Web Semantica o Web 3.0 que tiene como finalidadsolventar este inconveniente mediante la creacion de una redde documentos ”mas inteligentes”que permitan, a su vez,busquedas mas inteligentes.La idea serıa aumentar la inteligencia de los contenidos de laspaginas web dotandolas de contenido semantico. Esta serıa laprincipal caracterıstica que la diferencia de La Web actual lacual posee una gran capacidad para almacenar datos y puedeleer y visualizar los contenidos, pero no es capaz de pensar nide entender todo lo que contiene.

II. HISTORIA DE LA WEB

La aparicion de la WWW se puede situar en 1989, cuandoTim Berners-Lee presento su proyecto de “World Wide Web”en el CERN (Suiza), con las caracterısticas esenciales queperduran en nuestros dıas. El propio Berners-Lee completo en1990 el primer servidor web y el primer cliente, y un anomas tarde publico el primer borrador de las especificacionesde HTML y HTTP.El lanzamiento en 1993 de Mosaic, elprimer navegador de dominio publico, compatible con Unix,Windows, y Macintosh, por el National Center for Supercom-puting Applications (NCSA), marca el momento en que laWWW se da a conocer al mundo, extendiendose primero enuniversidades y laboratorios, y en cuestion de meses al publico

Freddy Loayza,Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador, E-mail:fploayzaa@unl.edu.ec

Jhymer Martınez, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador, E-mail:jamartinezg@unl.edu.ec

en general,iniciando el que serıa su vertiginoso crecimiento.Los primeros usuarios acogieron con entusiasmo la facilidadcon que se podıan integrar texto y graficos y saltar de unpunto a otro del mundo en una misma interfaz, y la extremasencillez para contribuir contenidos a una web mundial.Porestas mismas fechas se define la interfaz CGI para la genera-cion dinamica de paginas web, con lo que se consigue ofrecerinformacion actualizada en tiempo real, enlazar con bases dedatos, o tener en cuenta entradas del usuario, y mas aun,servir como punto de acceso y plataforma para la ejecucion deaplicaciones distribuidas. En 1994 miembros del equipo quecreo Mosaic desarrollan Netscape, un navegador con sensiblesmejoras que contribuye a impulsar la propagacion de la web.Este mismo ano se celebra el primer congreso internacional dela WWW, y unos meses mas tarde se constituye el consorcioW3C, que desde entonces y presidido por Tim Berners-Lee, seha hecho cargo de estandarizar las principales tecnologıas web.En 1995 Sun lanza oficialmente la primera version del lenguajeJava, y un ano mas tarde Netscape presenta JavaScript. Estoslenguajes y otros posteriores permiten que las propias paginasweb contengan programas enteros,dando opcion a una mayorautonomıa respecto del servidor, mayor eficiencia, capacidaddinamica y capacidad de interaccion[1]

III. DEFINICION DE WEB SEMANTICA

La propia W3C nos da su definicion: ”La Web Semanticaes una Web extendida, dotada de mayor significado en laque cualquier usuario en Internet podra encontrar respuestasa sus preguntas de forma mas rapida y sencilla gracias auna informacion mejor definida. Al dotar a la Web de massignificado y, por lo tanto, de mas semantica, se puedenobtener soluciones a problemas habituales en la busquedade informacion gracias a la utilizacion de una infraestructuracomun, mediante la cual, es posible compartir, procesar ytransferir informacion de forma sencilla.”[2]

Figura 1: La Web Semantica

Podemos definir a la Web Semantica como una Web que

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contiene mucha informacion donde podemos relacionar di-ferentes recursos. La finalidad de dicha web es solventarciertos problemas como por ejemplo el proceso de busquedade informacion en Internet con el fin de obtener respuestasinteligentes y de acuerdo a nuestras necesidades.

IV. ARQUITECTURA

La web semantica es un area prolıfera, situada en laconfluencia de la inteligencia artificial y las tecnologıas web.Es una Web extendida, dotada de mayor significado en laque cualquier usuario en Internet podra encontrar respuestasa sus preguntas de forma mas rapida y sencilla gracias auna informacion mejor definida. Al dotar a la Web de massignificado y, por lo tanto, de mas semantica, se puedenobtener soluciones a problemas habituales en la busqueda deinformacion gracias a la utilizacion de una infraestructuracomun, mediante la cual, es posible compartir, procesar ytransferir informacion de forma sencilla. [5]

La nueva generacion de formatos esta encabezada porXML ( Extensible Markup Language ) y RDF ( ResourceDescription Framework ), los cuales incluiran ontologıas- taxonomıa de conceptos con atributos y relaciones queproporcionan un vocabulario consensuado para definir redessemanticas de unidades de informacion interrelacionadasque especificaran las reglas logicas para que los agentes desoftware reconozcan y clasifiquen cada concepto.[6]

Tim Berners-Lee plantea el siguiente diagrama con lafinalidad de englobar el funcionamiento de la Web Semantica:

Figura 2: Infraestructura de la Web semantica(Web 3.0)

A continuacion se explica cada elemento de diagrama.

IV-A. UNICODE:El alfabeto

Es un estandar cuyo objetivo es proporcionar el medio por elcual un texto en cualquier forma e idioma pueda ser codificadopara el uso informatico. Es decir permite utilizar los sımbolosde diferentes idiomas sin que aparezcan caracteres extranos.De esta forma, se puede expresar informacion en la WebSemantica en cualquier idioma. [3]

IV-B. URI

Es el acronimo de Uniform Resource Identifier o iden-tificador Uniforme de Recursos y son cadenas que permitenacceder a cualquier recurso de la Web. En la Web Semanticalas URIs son las encargadas de identificar objetos. Todos losobjetos pueden ser identificados mediante una URI. Si dosobjetos cuentan con la misma URI pueden existir colisiones.El grupo de trabajo del W3C esta intentando resolver esteproblema.[4]

IV-C. XML+NS+xmlschema

Esta es la capa mas tecnica de la Web Semantica. Aquı seagrupan las diferentes tecnologıas que hacen posible quelos agentes puedan entenderse entre ellos. XML (ExtensibleMarkup Language) ofrece un formato comun para intercambiode documentos, NL (namespaces) sirve para cualificar los ele-mentos y atributos de nombres usados en XML asociandoloscon los espacios de nombre identificados por referencias URIy XML Schema ofrece una plantilla para elaborar documentosestandar[3][4]

IV-D. RDF + rdfschema

Esta basada en la capa anterior, define el lenguaje universalcon el que podemos expresar diferentes ideas en la WebSemantica. RDF es un lenguaje que define un modelo de datospara describir recursos mediante tripletas (sujeto: el recurso alque nos referimos; predicado: el recurso que indica que es loque estamos definiendo; y objeto: puede ser el recurso o unliteral que podrıa considerarse el valor de lo que acabamos dedefinir).Los dos primeros seran URIs y el tercero puede ser URI oun valor literal. RDF Schema es un vocabulario RDF que nospermite describir recursos mediante una orientacion a objetos.Esta capa no solo ofrece una descripcion de los datos, sinotambien cierta informacion semantica[4]

IV-E. Lenguajes de Ontologıas

El uso de ontologıas permite describir objetos y sus re-laciones con otros objetos ya que una ontologıa es la es-pecificacion formal de una conceptualizacion de un dominioconcreto del conocimiento. Ademas esta capa permite extenderla funcionalidad de la Web Semantica agregando nuevas clasesy propiedades para describir los recursos.[3]

IV-F. Logica

En esta capa se establecen reglas de inferencia, es decir,una ontologıa puede expresar la regla por ejemplo: ”Si uncodigo de ciudad esta asociado a un codigo de estado, y si unadireccion es el codigo de ciudad, entonces esa direccion tieneel codigo de estado asociado”. De esta forma, un programapodrıa deducir que una direccion de la Universidad Central deVenezuela, al estar en la ciudad de Caracas, debe estar situadaen Venezuela, y deberıa por lo tanto estar formateado segunlos estandares Venezolanos[3]

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IV-G. Pruebas

Se intercambiaran “pruebas” escritas en el lenguaje uni-ficador de la Web Semantica. Este lenguaje posibilita lasinferencias logicas realizadas a traves del uso de reglas deinferencia.[3]

IV-H. Confianza

Hasta que no se haya comprobado de forma exhaustivalas fuentes de informacion, los agentes deberıan ser muyescepticos acerca de lo que leen en la Web Semantica.[3]

IV-I. Firma digital

Utilizada por los ordenadores y agentes para verificar quela informacion ha sido ofrecida por una fuente de confianza.Se utiliza XML Signature WG: http://www.w3.org/Signature/

V. EJEMPLOS DE APLICACION

Los ejemplos mas populares de aplicacion de Web Semanti-ca son RSS y FOAF que pasaremos a explicar a continuacion.

V-A. RSS

RRS (Really Simple Syndication) es parte de una familiade formatos web codificados en lenguaje XML desarrolladoespecıficamente para todo tipo de sitio que se actualice confrecuencia y a traves del cual se pueda compartir informaciony utilizarla en otros sitios de Internet o programas.[7] Pero el

Figura 3: Logo RSS

RSS no solo le sirve al usuario para recibir la informacion queotros le ofrecen, sino que tambien le es de utilidad para mostrarlos contenidos novedosos de su Web a otros internautas. Paraello se necesita que el usuario cree su propio feed(fuente RSS)y lo actualice frecuentemente con noticias novedosas sobre eltema que haya elegido.

V-B. FOAF

FOAF (Friend Of A Friend) es una ontologıa legible paralas maquinas que describe a las personas, sus actividades ysus relaciones con otras personas y objetos. Para hacer estasdescripciones utiliza el Marco de Descripcion (RDF) y ellenguaje de marcado (OWL).

Figura 4: Logo FOAF

Por ejemplo las computadoras pueden usar los perfiles FOAF

para encontrar todas las personas que viven en Ecuador, ya quecada perfil tiene un identificador unico (un correo electronico,una URI o una pagina web personal) que es usado para definirlas relaciones de ese objeto o persona con otro objeto opersona.[8]

V-C. Wolfram Alpha

Es un buscador inteligente desarrollado por la companıaWolfram Research. Es un servicio en lınea que responde alas preguntas directamente, mediante el procesamiento de larespuesta extraıda de una base de datos estructurados, en lugarde proporcionar una lista de los documentos o paginas webque podrıan contener la respuesta, tal y como lo hace Google.

Figura 5: El buscador Wolfram Alpha en accion

VI. HERRAMIENTAS DE LA WEB SEMANTICA

VI-1. Protege: Permite la creacion de ontologıas, a masde integrar algunos lenguajes como lo son OWL, RDF eincluso SPARQL para hacer consultas formales. La aplicacionesta escrita en Java y usa fuertemente Swing para crear sucompleja interfaz. Protege recientemente tiene mas de 100000usuarios registrados.Protege esta desarrollado por la Universidad de Stanford, encolaboracion con la Universidad de Manchester. [9]

Figura 6: El entorno de Protege 5.0

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VI-A. SKOS-Core

Es un schema RDF para la representacion de tesauros 1 ysistemas similares de organizacion de conocimiento.El objetivo fundamental de SKOS-Core es proporcionar unmodelo para la migracion de sistemas de organizacion deconocimiento al entorno de la Web Semantica. Ademas sir-ve para construir esquemas de conceptos simples para suutilizacion en la Web. SKOS-Core esta pensado como uncomplemento a OWL, ya que proporciona un marco basicopara la construccion de esquemas de conceptos pero sin ladefinicion semantica tan estricta que exige la utilizacion deOWL. Supone en cierta medida una simplificacion mayor dela que encontramos ya de por si OWL-Lite, lo cual permiteacceder a un mayor numero de personas a este tipos detecnologıas para la representacion del conocimiento.[10]

Figura 7: Relaciones basica del SKOS-Core

VI-B. Talis

Es una companıa britanica de software de mas de 40 anosque ha creado una plataforma de aplicaciones web semantica.Se trata de una plataforma y no de un solo producto. Es unacombinacion de Web 2.0 y Web Semantica en el sentido quepermite a los desarrolladores crear aplicaciones para compartir,remezclar y reutilizar datos.[9]

VI-C. Twine

Permite organizar, compartir y descubrir informacion deinteres para los usuarios, esta basada en RDF y OWL, lo que lepermite encontrar informacion relevante y significativa para losusuarios. Twine va aprendiendo de nuestras preferencias y lascompletara con una ”semantica grafica 2utilizara el etiquetadoque nosotros utilicemos en otras redes.[9]

VI-D. Internet Mail Consortium

Es otra herramienta importante, aquı se proporciona todala informacion sobre estandares y tecnologıas utilizadas en elservicio de mail.[9]

VI-E. Swoogle

es un sistema de indizacion y recuperacion y organizacionde la informacion (buscador) para Documentos de la Web Se-mantica o lo que es lo mismo documentos escritos basicamenteen RDF y OWL, aunque tambien DAML en algunos casos.

1Tesauro es la lista de palabras o terminos empleados para representarconceptos

Swoogle es un motor que recupera, procesa, analiza e indexadocumentos de la Web Semantica que esten disponibles online,pero lo mas curioso es que lo hace a traves de un sistemade busqueda y resultados de interfaz Web similar a Google.Swoogle busca en mas de 10.000 ontologıas disponibles en laWeb (1.0, y 2.0), almacenadas en una base de datos MySQLen forma de URIs. [11]

Figura 8: Pagina inicial del buscardor Swoogle

VII. EJEMPLO PRACTICO

Para el ejemplo practico se utilizara la herramientaProtege explicada anteriormente. La estructura a desarrollares la aplicada actualmente an el Area de la Energıa, lasIndustrias y los Recursos Naturales(AEIRNNR) de LaUniversidad Nacional de Loja, con la facilidad de poderampliar este modelo.

La distribucion de clases de la ontologıa queda de lasiguiente manera:

Figura 9: Arbol de clases

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Nos enfocaremos en la carrera de Sistemas. La ClaseDocentes esta formada por los siguientes individuos querepresentan a los docentes de la carrera:

Figura 10: Arbol de clases

Para la distribucion de Modulos se utilizo la logica de dividirentre mallas debido a la aplicacion de una nueva mallacurricular que entro en funcionamiento en ciclo anterior.

Figura 11: Distribucion entre mallas

En el caso de pertenecer a la Nueva Malla los estudiantes(individuos) tendran la posibilidad de arrastrar ciertas materiasque no hayan podido ser aprobadas logicamente esto seriapara los estudiantes de segundo modulo.

En cuanto a las Materias, son subclases pertenecientesa cada modulo. Los paralelos se han dividido en 2 subclasestanto para el paralelo A como el B y pertenecen a la clasepadre Paralelos que esta al mismo nivel que Materias.

Finalmente cada paralelo posee 2 Individuos de ejemplocomo se aprecia en la imagen:

Figura 12: Estudiantes Modulo X Paralelo B

Pasamos a la explicacion de las Propiedades Objetoutilizadas:

Figura 13: Object properties

Destacando las siguientes caracterısticas de propiedad consus inversas:

Figura 14: Object properties

Nos enfocaremos en imparten materia que presenta lassiguientes descripcion:

Figura 15: Descripcion imparten materia

Por motivos de ejemplo tomaremos un individuo docentepara explicar cual es la logica utilizada:

Figura 16: Docente Alex Padilla

Quedando la tabla de afirmaciones distribuida de la siguientemanera:

Lo que expresa claramente que dicho docenteimparte las materias de Fundamentos Informaticos y

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Figura 17: Docente Alex Padilla

Teorıa de la Programacion mas no el resto de materias.Para mas claridad podemos observar la tabla de reglasgenerada:

La red finalmente queda de la siguiente manera:

VIII. IMPLEMENTACION EN JAVA

El siguiente codigo tiene por finalidad leer el archivogenerado por protege .owl para lo cual se utiliza la librerıaJENA diponible en: http://jena.apache.org/download/index.cgimediante la cual podemos cargar dicha informacion en unaaplicacion Java:

package websemantica;

import com.hp.hpl.jena.ontology.*;import com.hp.hpl.jena.rdf.model.ModelFactory;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.InputStream;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;import java.util.List;

Figura 18: Docente Alex Padilla

Figura 19: Diagrama de la ontologıa

public class WebSemantica {

final public staticList<String> rfinal =new ArrayList<>();

final public static

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List<String> listaRelaciones =new ArrayList<String>();

final public staticList<String> listaindividuos =new ArrayList<String>();

final public staticList<String> listaclases =new ArrayList<String>();

public List<String> devolverDatos(){OntModel areaOntology =ModelFactory.createOntologyModel();

OntModel personaOntology =ModelFactory.createOntologyModel();

try {InputStream file =new FileInputStream(System.getProperty("user.dir")+ "/src/archivos/ExamenWebSemantica.owl");

personaOntology.read(file, "");} catch (FileNotFoundException ex) {}

Iterator<DatatypeProperty> propiedades =areaOntology.listDatatypeProperties();

Iterator<OntClass> clases =personaOntology.listClasses();

while (propiedades.hasNext()) {System.out.println(propiedades.next().getLocalName());}

while (clases.hasNext()) {rfinal.add("\n" + clases.next().getLocalName());}return rfinal;}

public void obtenerDatos() {OntModel personaOntology =ModelFactory.createOntologyModel();

OntModel areaOntology =ModelFactory.createOntologyModel();

Iterator<DatatypeProperty> propiedades =areaOntology.listDatatypeProperties();

try {InputStream file =new FileInputStream(System.getProperty("user.dir")+ "/src/archivos/ExamenWebSemantica.owl");

personaOntology.read(file, "");}catch(FileNotFoundException ex){}Iterator<OntClass> clases =personaOntology.listClasses();

Iterator<ObjectProperty> relaciones =personaOntology.listObjectProperties();

Iterator<Individual> individuos =personaOntology.listIndividuals();

while (relaciones.hasNext()) {listaRelaciones.add((String) relaciones.next().getLocalName());}

while (individuos.hasNext()) {listaindividuos.add(individuos.next().getLocalName());}

while (clases.hasNext()) {listaclases.add(clases.next().getSubClass().getLocalName());}}

public static void main(String[] args) {WebSemantica w = new WebSemantica();w.obtenerDatos();}}

En este ejemplo se ha cargado la informacion dentro de loscampos de texto de la interfaz:

Figura 20: Programa realizado en Java para leer ontologıas

Se puede descargar el programa de la siguiente direccion enGitHub: https://github.com/JhymerMartinez/Web Semantica.git

IX. CONCLUSIONES

La Web Semantica pretende facilitarnos la vida mediantela creacion de software inteligente que responda a loque realmente queremos y no solo por coincidencias depalabras.A pesar del avance que ha tenido la Web del ”futuro.en

los ultimos anos, todavıa se presenta un largo caminopor recorrer y mejorar ya que aun en la Internet predo-minan los sitios web tradicionales y a los que estamosacostumbrados a utilizar.El potencial que presenta la Web Semantica es muygrande y claramente en un futuro cambiara la forma dever que tenıamos de la Internet llegando ası a alcanzaruna Internet Inteligente donde todo lo que se buscapueda ser encontrado con facilidad y de acuerdo a lasnecesidades reales del usuario.

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REFERENCIAS[1] A. Vanessa. La Web Semantica. [En lınea]. Disponi-

ble en: http://personales.upv.es/ccarrasc/doc/2004-2005/LaWebSemantica-ArmengolV/web/index.html [Ultimo acceso: 22Junio 2014].

[2] World Wide Web Consortium. Guıa breve de Web Semantica.[En lınea] Disponible en: http://www.w3c.es/Divulgacion/GuiasBreves/WebSemantica [Ultimo acceso: 22 Junio 2014].

[3] P. Damian. Web Semantica y sus principales caracterısticas. [Enlınea]. Disponible en: http://www.maestrosdelweb.com/editorial/web-semantica-y-sus-principales-caracteristicas [Ultimo acceso: 20Junio 2014].

[4] E. Salas. Web Semantica y Ontologıa. [En lınea] Disponible en: http://ldc.usb.ve/∼yudith/docencia/UCV/Exposiciones/ExposicionPE.pdf[Ultimo acceso: 21 Junio 2014].

[5] R. Keilyn. Web Semantica: un nuevo enfoque para la organizaciony recuperacion de informacion en el web. [En lınea]. Disponible en:http://bvs.sld.cu/revistas/aci/vol13 6 05/aci030605.htm [Ultimo acceso:21 Junio 2014].

[6] C. Lluıs, R.Cristofol. LA Web Semantica (2006). Departamento dePeriodismo y de Comunicacion Audiovisual Instituto Universitario deLinguıstica Aplicada. Universidad Pompeu Fabra. Fecha de consulta:22-06-2014

[7] Guıa facil del RSS. [En lınea]. Disponible en: http://www.internix.org/blog/wp-content/uploads/guia rss.pdf [Ultimo acceso: 21 Junio 2014].

[8] D. Maidelyn. Redes sociales en Internet: aplicacion FOAF.[En lınea].Disponible en: http://bvs.sld.cu/revistas/aci/vol15 06 07/aci09607.htm[Ultimo acceso: 21 Junio 2014].

[9] C. Javier. Tecnologıas y Herramientas de la Web Semanti-ca. [En lınea]. Disponible en: http://www.slideshare.net/javicale/tecnologas-y-herramientas-de-la-web-semntica [Ultimo acceso: 21 Ju-nio 2014].

[10] World Wide Web Consortium. SKOS-Core. [En lınea]. Disponibleen: http://www.w3.org/2001/sw/Europe/events/200406-esp/trabajo-final-extratesauros/node6.html [Ultimo acceso: 21 Junio2014].

[11] C. Julio. SWoogle: un Google para la Web semantica (2009, Oct.13). [En lınea]. Disponible en: http://www.universoabierto.com/2147/swoogle-un-google-para-la-web-semantica/ [Ultimo acceso: 21 Junio2014].

Freddy Loayza

Estudiante de la Carrera de Ingenierıa en Sistemas de laUniversidad Nacional de Loja,Programador Java, Android, Provinciade El Oro Ecuador, 2014.

Jhymer Martınez

Estudiante de la Carrera de Ingenierıa en Sistemas dela Universidad Nacional de Loja, Programador java, python ytecnologıas web (css, html, etc.), Analista de Sistemas nivel me-dio,Provincia de Loja, Ecuador, 2014.