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OntForm - Conception of a Framework and Interpreter for the Transformation of Ontologies Through Standardized Mapping Information

Student: Eva Maria Gahleitner
Supervisor: a.Univ.-Prof. DI Dr. Wolfram Wöß
Second Reviewer: Univ.-Prof. Dr. Mag. Manfred Pils
End: 14.10.2005

Abstract(DE)
Im Rahmen einer Initiative von Tim Berners-Lee, dem Erfinder des World Wide Web, wurde der Begriff des Semantischen Web ins Leben gerufen. Das Semantische Web ist eine Erweiterung des bestehenden Web, in dem die Informationen, die in den einzelnen Webseiten dargestellt sind, um Semantik angereichert werden. Diese Semantik soll nicht mehr nur für den Menschen verständlich sein, sondern auch für Maschinen. Maschinen (z.B. eine Suchmaschine) sind damit in der Lage, die vom Menschen zur Verfügung gestellte Semantik der Daten zu erkennen und zu deuten. Dadurch eröffnen sich neue Wege in der Mensch-Maschine-Kommunikation. Ontologien bieten die Möglichkeit, genau diese Semantik in einer machinenverarbeitbaren und -interpretierbaren Art und Weise zur Verfügung zu stellen. Sie bilden eine Sammlung von Begriffen mit einer eindeutigen, geordneten Struktur. Ontologien haben jedoch den Nachteil, dass sich ihre Struktur nach dem betrachteten Weltausschnitt und der Intention ihres Modellierers richtet. Das hat zur Folge, dass zwei Ontologiedesigner zwar die gleichen (realen) Inhalte beschreiben, jedoch in völlig unterschiedlicher Art und Weise. Für den Statiker ist es z.B. wichtig, wie viele Stockwerke ein Haus hat und auf welchem Untergrund es erbaut ist, den Innenarchitekten interessiert mehr die Farbe der Wände und Vorhänge, um die passenden Möbel auswählen zu können. Die Heterogenität von Ontologien und die Notwendigkeit, unterschiedlich modellierte Semantik zum Zweck des Informationsaustauschs aufeinander abzubilden (zu mappen), ist Inhalt dieser Arbeit. Das Mapping von Ontologien ist jedoch ein sehr zeitaufwändiger und ressourcenintensiver Prozess, der, sollte die Idee des Semantischen Web umgesetzt werden, notwendig ist, um heterogenen Systemen den Austausch von (semantischen) Daten über die Ontologiegrenzen hinaus zu ermöglichen. Viele Systeme wurden bereits entwickelt, um dieses Problem zu lösen, jedoch konnte sich keines davon bisher im Web durchsetzen. Die Forderung nach automatischer Unterstützung für den Mapping Prozess und die Wiederverwendung bestehender - mit großem manuellen Aufwand ermittelter - Mapping Ergebnisse wird dabei immer lauter. In dieser Arbeit wurde OntForm (ONTologie TransFORMation), ein Framework und Interpreter für Ontologie Mapping Informationen, entwickelt. OntForm basiert auf zwei fundamentalen Designprinzipien: Erstens werden existierende Mapping Informationen in einer standardisierten Form in einem zentralen Verzeichnis zur Verfügung gestellt. Auf diese Informationen können webbasierte Informationssysteme zugreifen oder ggf. eigene Mapping Informationen hinzufügen. Dies ermöglicht es Informationssystemen, Mapping Informationen zu nutzen, die sie sonst nur durch Erlernen sehr unterschiedlicher Repräsentationsformen hätten verwenden können. Die Mapping Informationen werden durch im Semantischen Web weit verbreitete Standards repräsentiert, die zuvor in einer Studie auf ihre Einsatzmöglichkeit getestet wurden. Das zweite Designprinzip ermöglicht es Systemen, die OntForm nutzen, mit anderen Systemen zu interagieren, obwohl diese eine andere Ontologie verwenden. Ein Interpreter übernimmt die Übersetzung der semantischen Daten (Transformation). Der Vorteil liegt darin, dass interagierende Systeme, die Semantik austauschen wollen, nicht an eine bestimmte Ontologie gebunden sind, sondern dass trotz unterschiedlicher Ontologien ein Informationsaustausch möglich ist.

Abstract(EN)
The Semantic Web is an initiative under the direction of the creator of the World Wide Web: Tim Berners-Lee. It intends to create a universal medium for information exchange by giving meaning (semantics), in a manner understandable by machines, to the content of documents in the Web. Currently the Semantic Web extends the ability of the World Wide Web through the use of standards, markup languages and related processing tools. One important medium to structure semantic and represent it in a machine-processable way are ontologies. They provide a shared and common understanding of a domain that can be communicated between people and across application systems. Maintaining interoperability of ontologies is an important thing for the Semantic Web developers to be investigating.

Interoperability and integration of data sources became important issues since the early days of database systems. Many attempts particularly in the multi database community (federated databases, data warehouses, mediators etc.) have been made to resolve the problem of heterogeneity. In the ontology context, heterogeneity can be solved through the mapping of ontologies. A mapping denotes which parts of the ontologies describe the same real world objects.

Unfortunately, the process of ontology mapping is a time consuming and error-prone task. In the past much research work has been carried out to provide methodologies and tools for (semi-) automatic ontology mapping. Due to the huge amount of existing heterogeneous information systems within the web and the progressive development of the Semantic Web, ontology mapping will be an important interoperability issue. Automatic ontology support will eagerly demand. In the same way new standards for providing ontology mappings will be necessary.

In this work OntForm (ONTology TransFORMation), a framework and interpreter for ontology mapping is introduced in order to support several applications accessing multiple ontologies. OntForm is based on two fundamental design principles: firstly, the system provides a way to standardize the mapping representation of a central mapping repository. The repository is based on existing matching and mapping tools and can be activated through a common interface provided by OntForm. Such a repository and the
standardized mapping representation make distribution and reuse of ontology mapping and transformation information possible.

Secondly, systems which use OntForm are able to participate on multi-ontology communication processes by remaining independently of existing mapping systems. Consequently, even if systems use different ontologies, communication between the corresponding systems can be enabled. OntForm provides a local interpreter for transforming and adapting ontology based information according to the mapping information.