InterDataNet: nuove frontiere per l integrazione e l elaborazione dei dati

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1 Università degli Studi di Firenze Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni Laboratorio di Telematica, Telematica e Sistemi Telematici Dottorato di Ricerca in Telematica e Società dell'informazione XX ciclo - ING-INF/05 InterDataNet: nuove frontiere per l integrazione e l elaborazione dei dati Visione e progettazione di un modello infrastrutturale per l interdataworking Tesi Dottorato di Ricerca di Samuele Innocenti Coordinatore: Prof. Dino Giuli Università degli Studi di Firenze Supervisori: Prof. Franco Pirri Università degli Studi di Firenze Dr Ing. Maria Chiara Pettenati Università degli Studi di Firenze Firenze, 19 maggio 2009

2 Contenuti 1. Introduzione e motivazioni della ricerca 2. Le basi architetturali di InterDataNet (IDN) pattern e stili architetturali 3. Analisi e metodologia valutazione dei requisiti linee guida (principi progettuali) 4. Le viste di InterDataNet (IDN) 5. Servizi e sottosistemi dettaglio progettuale implementazione 6. Conclusioni e vista sul futuro 1/26

3 Obiettivi di InterDataNet Individuare caratteristiche ed elementi per un sistema efficace di creazione, modifica, integrazione e gestione collaborativa di informazioni e dati in rete Ingegnerizzare tali elementi in uno scenario eterogeneo e distribuito su larga scala Sviluppare una infrastruttura di cooperazione applicativa tra organizzazioni, abilitante la collaborazione tra utenti flessibile, uniforme, trasparente,integrabile, estendibile, scalabile 1. Introduzione e motivazioni della ricerca 2/26

4 Introduzione e motivazioni InterDataNet ha legami profondi con vari settori dell'ingegneria dell'informazione: integrazione, interoperabilità, riuso dei dati, collaborazione, gestione di dati e documenti distribuzione dell'informazione, definizione di protocolli di comunicazione. InterDataNet è nata come idea nel COSA (enfasi sulla collaborazione nei sistemi distribuiti) D3IM & CISA (enfasi sull'aspetto documentale) IDN (enfasi sulla interoperabilità tra dati) 1. Introduzione e motivazioni della ricerca 3/26

5 InterDataNet: superare lo stato dell'arte Molti sistemi si occupano di aspetti presi in considerazione da IDN ma in maniera: specializzata al contesto non riusabile non estensibile non modulare InterDataNet è un sistema di interoperabilità tra dati che vuole superare tali limiti nella gestione distribuita di dati e documenti Esigenze progettuali di IDN: necessità di integrare funzionalità di base a livello infrastrutturale spostare l' intelligenza dalle applicazioni ai dati 1. Introduzione e motivazioni della ricerca 4/26

6 Dall'internetworking all'interdataworking Apparati di internetworking: dispositivi per il funzionamento combinato (inter-working) di reti (net) la forza deriva dalla stratificazione (Cfr. modello ISO/OSI e TCP/IP) focus su protocolli di comunicazione e infrastruttura Apparati di interdataworking: dispositivi per il funzionamento combinato (inter-working) di dati (data) applica il precedente stile architetturale sui dati in vista dei seguenti vantaggi: aumentare la trattabilità dei singoli problemi limitare la crescita della complessità ridurre i costi di sviluppo migliorare il controllo dei sottosistemi migliorare la comprensione del sistema 1. Introduzione e motivazioni della ricerca 5/26

7 2. Le basi architetturali di IDN

8 Stili di architetture e di autenticazione architetture Service Oriented Architecture (SOA) Representationa State Transfer (ReST) Resource Oriented Architecture (ROA) Oasis DataWeb (XDI/XRI) File Area Network (FAN) Distributed Version File System autenticazione Public Key Infrastruture (PKI) OpenID Kerberos 2. Le basi architetturali di IDN 6/26

9 3. Analisi e metodologia

10 Analisi sistemica dei requisiti Requisiti funzionali relativi alle risorse gestione documentale (6) versioning (7) trasparenza (5) indirizzabilità (3) codifica (6) relativi al contesto groupware (7) identità (7) awareness (11) Requisiti non funzionali architetturali (8) qualità dei dati (9) contenuti documenti (4) 73 requisiti in 11 categorie 3. Analisi e metodologia 7/26

11 Metodologia di progettazione (1/2) Valutazione dei requisiti Adozione di linee guida non limitare la vista sul problema scomporre la complessità adottare uno stile chiaro semplificare la messa in esercizio decentralizzare la sicurezza abilitare lo sviluppo aperto 3. Analisi e metodologia 8/26

12 Metodologia di progettazione (2/2) Valutazione dei requisiti Adozione di linee guida non limitare la vista sul problema scomporre la complessità adottare uno stile chiaro semplificare la messa in esercizio decentralizzare la sicurezza abilitare lo sviluppo aperto extended MoSCoW RM-ODP / UML layering SOA + ReST plug and play ente autorevole free software 3. Analisi e metodologia 8/26

13 4. Le viste di IDN

14 Le tre viste di IDN Information Model (IDN-IM) Service Architecture (IDN-SA) Overlay Network (IDN-ON) 4. Le viste di IDN 9/26

15 Information Model (IDN-IM) Information Model (IDN-IM) Intende rappresentare ogni tipo di informazione (strutturata) Integra principi di responsabilità, paternità, storicizzazione e ciclo di vita dell'informazione Definisce le operazioni di base eseguibili sulle informazioni Non è legato a specifiche soluzioni implementative 4. Le viste di IDN 10/26

16 IDN-IM: esempio (1/3) Creazione di un documento CI a partire da archivi anagrafici (strutturare con il principio di responsabilità) Residente Mario Rossi (COMUNE RESIDENZA) Indirizzo di Mario Rossi (CATASTO) Anagrafica di Mario Rossi (COMUNE NASCITA) <via, roma > <numero, 89 >... <nome, mario > <cognome, rossi > Le viste di IDN 11/26

17 IDN-IM: esempio (2/3) Creazione di un documento CI a partire da archivi anagrafici (strutturare con il principio di responsabilità) tempo t 0 Residente Mario Rossi (COMUNE RESIDENZA) tempo t 1 > t 0 Carta Identità di Mario Rossi (COMUNE RESDENZA) Indirizzo di Mario Rossi (CATASTO) Anagrafica di Mario Rossi (COMUNE NASCITA) Dati Biometrici di Mario Rossi (SANITÀ) <via, roma > <numero, 89 >... <nome, mario > <cognome, rossi >... <impronta, > <capelli, neri > <altezza, 175 > 4. Le viste di IDN 11/26

18 IDN-IM: esempio (3/3) Creazione di un documento CI a partire da archivi anagrafici (strutturare con il principio di responsabilità) tempo t 0 Residente Mario Rossi (COMUNE RESIDENZA) tempo t 1 > t 0 Carta Identità di Mario Rossi (COMUNE RESDENZA) Indirizzo di Mario Rossi (CATASTO) Anagrafica di Mario Rossi (COMUNE NASCITA) Dati Biometrici di Mario Rossi (SANITÀ) <numero, AF89889 > RIFERIMENTO A ATTO DI NASCITA <via, roma > <numero, 89 >... <nome, mario > <cognome, rossi >... <impronta, > <capelli, neri > <altezza, 175 > 4. Le viste di IDN 11/26

19 IDN-IM Information Unit e Link Atomic Information Unit (AIU) coppie <nome,valore> Primitive Information Unit (PIU) aggregazione di AIU e PIU Link strutturali di aggregazione (tra PIU) di composizione (tra AIU) di riferimento (aggregazione debole) di propagazione (duale alla aggregazione) Link di versioning di revisione (up down) di diramazione (up down) di merge (up down) 4. Le viste di IDN IDN Document - Doc1 Doc1 root IDN Document 1 2 IDN Document 3 4 PIU AIU e.g.: <name,value> couples 5 IDN Document (a) (b) Doc2 6 6 Doc2 root Link Types: aggregation reference 12/26

20 UEVM Propagation: esempio (1/7) 4. Le viste di IDN 13/26

21 UEVM Propagation: esempio (2/7) Versioning estensionale: insieme numerabile di versioni 4. Le viste di IDN 13/26

22 UEVM Propagation: esempio (3/7) Segnalazione delle modifiche verso l'alto della struttura 4. Le viste di IDN 13/26

23 UEVM Propagation: esempio (4/7) Segnalazione esaustiva delle modifiche 4. Le viste di IDN 13/26

24 UEVM Propagation: esempio (5/7) Le modifiche possono essere anche strutturali 13/45

25 UEVM Propagation: esempio (6/7) Introduciamo il concetto di sessione 4. Le viste di IDN 13/26

26 Service Architecture (IDN-SA) Definisce ed orchestra i servizi necessari per gestire il modello informativo IDN-IM Beneficia di coreografia e orchestrazione secondo il paradigma a livelli Ogni livello interagisce solo con gli adiacenti Service Architecture (IDN-SA) 4. Le viste di IDN 14/26

27 InterDataNet Middleware IDN-SA Layers Level of information abstraction User Oriented Collaborative Information Structured Information Elementary Information IDN Compliant Application Virtual Repository Layer Information History Layer Replica Management Layer Storage Interface Layer Filesystem, database, etc. Generic storage architecture IDN APIs HFN HFN HFN HTTP(S), SMTP(S), FTP(S), etc. Generic network communication architecture IDN-SA name systems LDNS URN LS URL URL URL 4. Le viste di IDN 15/26

28 Overlay Network (IDN-ON) Implementa IDN-SA come sistema distribuito di apparati di rete sopra Internet (analogia alle reti peer-to-peer) Ogni organizzazione ha la responsabilità dei propri apparati Permette di attuare politiche di separazione della responsabilità Overlay Network (IDN-ON) 4. Le viste di IDN 16/26

29 Interdataworking Organizzazione A Organizzazione B Application Layer Virtual Repository Layer Information History Layer Replica Management Layer Storage Interface Layer 4. Le viste di IDN 17/26

30 5. Servizi e sottosistemi

31 InterDataNet Middleware IDN Naming Service (1/2) VR IH RM SI IDN Compliant Application IDN APIs Virtual Repository Layer IDN-IM names [+ version param.] LRIs [+ version param.] HFN Information History Layer Replica Management Layer PRIs [+ version param.] PRIs URN Storage Interface Layer URL URL Filesystem, database, etc. HTTP(S), SMTP(S), FTP(S), etc. Platform dependent local names Three layers IDN naming system Generic storage architecture Generic network communication architecture Definisce uno spazio di nomi per ogni livello Implementa un meccanismo per la risoluzione 5. Servizi e sottosistemi 18/26

32 InterDataNet Middleware IDN Naming Service (2/2) VR IH RM SI IDN Compliant Application IDN APIs Virtual Repository Layer IDN-IM names [+ version param.] LRIs [+ version param.] LDNS HFN Information History Layer Replica Management Layer PRIs [+ version param.] PRIs LS URN Storage Interface Layer URL URL Filesystem, database, etc. HTTP(S), SMTP(S), FTP(S), etc. Platform dependent local names Three layers IDN naming system Generic storage architecture Generic network communication architecture Servizi di risoluzione LDNS = Logical Domain Name Service LS = Localization Service 5. Servizi e sottosistemi 18/26

33 Virtual Repository Service VR IH RM SI Resource Aggregation Service (RAS) permette la navigazione nello spazio delle informazioni espone una interfaccia uniforme alle applicazioni costruisce il documento informatico Identity Service (IS) gestisce le identità federa le identità autentica gli accessi Logical Domain Name Service (LDNS) risolve gli Logical Resource Identifier (LRI) in URN (lascia inalterato il parametro di versione) federa gli spazi di indirizzamento 5. Servizi e sottosistemi 19/26

34 Information History Service VR IH RM SI Permette la navigazione nello spazio delle versioni (delle Primitive Information Unit) Version Traversing Algorithm: algoritmo che consente di individuare una versione, a partire da un prefissata Implementa le funzionalità di versioning diramazioni revisioni fusioni Gestisce la concorrenza riduzione dei conflitti 5. Servizi e sottosistemi 20/26

35 Replica Management Service VR IH RM SI Replica Management (RM) individua in modo univoco insiemi di repliche gestisce repliche della stessa risorsa logica replicazione aggiornamento sincronizzazione Localization Service (LS) fornisce persistenza ed univocità dell'indirizzo risolve Persistent Resource Identifier (PRI) in URL 5. Servizi e sottosistemi 21/26

36 Storage Interface Service VR IH RM SI Permette la memorizzazione dei dati Sfrutta piattaforme (hardware/software) eterogenee sistemi legacy sistemi nativi IDN Espone una interfaccia uniforme Utilizza le URL per indirizzare ed accedere alle risorse accesso creazione modifica cancellazione 5. Servizi e sottosistemi 22/26

37 6. Conclusioni e vista sul futuro

38 Conclusioni: risultati principali Progettazione dettagliata di InterDataNet, sistema per la creazione, modifica, integrazione e gestione collaborativa di informazioni/dati in rete: flessibilità e adattabilità in ogni contesto applicativo riusabilità delle informazioni potenziamento dei servizi di base ed infrastrutturali trasparenza alle applicazioni integrazione con sistemi esistenti scalabilità per progettazione e definizione Riconoscimento in conferenze e pubblicazioni quale approccio originale al problema 6. Conclusioni e vista sul futuro 23/26

39 Pubblicazioni (1/2) IDN team papers in printed journals: [1] InterDataNet: A Web of Data foundation for the Semantic Web vision IADIS International Journal on WWW/Internet Vol. 6, No. 2, pp ISSN: December 2008 IDN team papers in conference proceedings: [2] InterDataNet: An Infrastructural Approach for the Web of Data. Web Science Conference 2009, Society On-Line. Athens, Greece 18th 20th March, 2009 [3] InterDataNet: Interoperability Middleware Infrastructure to Support Collaborative Creation and Management of Official Documents in e- Government Processes. 41st Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS 41) January 6 to 10, Nominated for a HICSS-41 Best Paper Award. 6. Conclusioni e vista sul futuro 24/26

40 Pubblicazioni (2/2) [4] InterDataNet: An Infrastructural Approach to Data Interoperability to Enable Computer Supported Collaborative Applications. AXMEDIS 2007 Third International Conference on Automated Production of Cross Media Content for Multi-Channel Distribution Barcelona November [5] InterDataNet: A Web of Data foundation for the Semantic Web vision IADIS International Conference WWW/Internet 2007 Vila Real, Portugal 5-8 October 2007 Proceedings Vol.1 pp , ISBN: Best Paper in the area of Semantic Web [6] Interoperability Middleware Infrastructure to Support Collaborative Creation and Management of Official Documents in e-governement Processes 1st International Conference on Methodologies, Technologies and Tools enabling e- Government (MeTTeG07), to be held in Camerino (Italy), September Conclusioni e vista sul futuro 24/26

41 Conclusioni: altri risultati Realizzazione di una documentazione completa e integrata, su tutte le viste di InterDataNet: Tesi di dottorato strutturata in 14 capitoli con 3 percorsi di lettura: 1. percorso divulgativo generale sul sistema IDN 2. percorso rivolto al progettista IDN 3. percorso rivolto allo sviluppatore IDN 6. Conclusioni e vista sul futuro 25/26

42 Sviluppi e vista sul futuro (1/2) Per la sua complessità e ambizione IDN non è mai stato e non può diventare uno sforzo di un singolo Fino ad ora il team IDN è sempre stato solo a livello di laboratorio di Telematica (DET-UNIFI) 15 laureandi e stabilmente 3 dottorandi, 1 ricercatore e 1 professore Dovrebbe estendersi per diventare uno sforzo collaborativo verso la comunità di sviluppatori open source Quello che resta da fare in IDN è molto, il risultato di questa tesi per la prima volta fornisce un background progettuale solido perché la vision IDN possa maturare ed evolvere oltre 6. Conclusioni e vista sul futuro 26/26

43 Sviluppi e vista sul futuro (2/2) InterDataNet si sposa con la visione evolutiva del Web, così come perseguita dalla Web Science Supporta la visione dal Web of Document al Web of Data Coerente con l'idea di spostare l'intelligenza dall'applicazione ai dati per abilitare nuove frontiere nelle applicazioni Conforme ad un approccio Linked Data, considerato il passaggio intermedio verso il Semantic Web IDN si sta confrontando proprio con questo mondo scientifico attraverso comunicazioni, pubblicazioni e collaborazioni nel dominio Linked Data 6. Conclusioni e vista sul futuro 26/26

44 Università degli Studi di Firenze Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni Laboratorio di Telematica, Telematica e Sistemi Telematici Dottorato di Ricerca in Telematica e Società dell'informazione XX ciclo - ING-INF/05 InterDataNet: nuove frontiere per l integrazione e l elaborazione dei dati Visione e progettazione di un modello infrastrutturale per l interdataworking Coordinatore: Prof. Dino Giuli (dino.giuli@unifi.it) Tesi Dottorato di Ricerca di Samuele Innocenti (samuele.innocenti@unifi.it) Supervisori: Prof. Franco Pirri (franco.pirri@unifi.it) Dr Ing. Maria Chiara Pettenati (mariachiara.pettenati@unifi.it) Firenze, 19 maggio 2009