IDENTIFICAZIONE DI RISORSE NEL SEMANTIC WEB SEMEDIA

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1 IDENTIFICAZIONE DI RISORSE NEL SEMANTIC WEB Versione 0.1-6/4/2006 Di Daniele Alessandrelli SEMEDIA Semantic Web and Multimedia Group I linguaggi del Semantic Web come RDF e OWL necessitano di un mezzo per identificare in modo univoco le risorse oggetto di informazione: tale mezzo sono gli URI. In questo tutorial si approfondisce il concetto di URI spiegandone il significato e descrivendone brevemente la sintassi generica. Saranno inoltre presentati e descritti alcuni tipi di URI largamente utilizzati nel Semantic Web. 1.URI URI è l'acronimo di Uniform Resource Identifier, la cui traduzione letterale è identificatore uniforme di risorsa. Con il termine identificatore si indica un qualcosa che permette di distinguere un particolare oggetto (l'oggetto identificato appunto) da tutti gli altri all'interno di un determinato insieme. Tale insieme può anche essere l'insieme contenente tutti i possibili oggetti, nel qual caso si dice che l'identificatore ha scope globale. È importante sottolineare che gli URI, in quanto identificatori, non devono necessariamente fornire accesso all'oggetto identificato. Con l'aggettivo uniforme ci si riferisce alla proprietà di uniformità degli URI. Tale proprietà fornisce diversi benefici. Essa permette di usare nello stesso contesto differenti tipi di URI, anche nel caso in cui i meccanismi per accedere alle risorse identificare siano diversi tra loro. Permette, inoltre, un'interpretazione uniforme tra i vari tipi di URI della semantica associata a certe convenzioni sintattiche. Garantisce la possibilità di introdurre un nuovo tipo di URI senza interferire con il modo in cui gli identificatori esistenti sono utilizzati. Permette, infine, il riutilizzo degli identificatori in contesti diversi da quello in cui sono stati creati premettendo a nuove applicazioni o protocolli di sfruttare un insieme preesistente di identificatori ampio e largamente utilizzato. 1

2 La definizione di URI non pone vincoli su cosa possa essere una risorsa; il termine risorsa è usato in senso generale per indicare qualunque cosa possa essere identificata da un URI. Si possono catalogare le risorse in tre diversi tipi: quelle accessibili in rete, come documenti elettronici, immagini, servizi, ecc. quelle non accessibili in rete, come gli esseri umani, le società, i libri, ecc. i concetti astratti che non esistono fisicamente, come ad esempio il concetto di autore. 1.1 Relazione con URL e URN Un URI può essere classificato o come un indirizzo (URL) o come un nome (URN) o come entrambi. Un URL (Uniform Resource Locator) è un particolare tipo di URI che, oltre ad identificare una risorsa, fornisce un metodo per localizzarla specificando il suo principale metodo di accesso. Per esempio l'url identifica l'homepage del W3C e al tempo stesso indica che una rappresentazione di tale risorsa (il codice HTML dell'homepage) può essere ottenuta tramite il protocollo HTTP dall'host chiamato Un URN (Uniform Resource Name) è un URI che identifica una risorsa per mezzo di un nome appartenente ad un particolare namespace. Un URN può essere usato per riferirsi ad una risorsa senza indicare dove essa si trovi o come sia possibile ottenerne una rappresentazione (dereferenziarla). Ad esempio l'urn urn:isbn: è un URI che permette di riferirsi ad un particolare libro senza indicare dove e come sia possibile recuperarne una copia. 1.2 Sintassi Un URI è in pratica una stringa avente la seguente sintassi [1]: URI = scheme : scheme-specific-part Ogni URI comincia con la parte scheme contenente il nome di un URI scheme. Un URI scheme è una schema che definisce le specifiche per assegnare identificatori all'interno di tale schema. Le specifiche di ciascuno schema definiscono la sintassi e la semantica degli identificatori che usano tale schema. La parte scheme è seguita dai : e dalla parte scheme-specific la cui struttura è, appunto, definita dall'uri scheme usato. La sintassi è dunque organizzata in modo gerarchico, con i vari componenti disposti in ordine decrescente di significato da sinistra a destra. Per alcuni URI scheme la visibilità di tale gerarchia è limitata allo schema stesso: tutto ciò che segue i due punti (che delimitano lo schema) è considerato opaco per il processamento dell'uri. Altri schemi rendono invece la gerarchia esplicita e visibile permettendo l'uso di algoritmi generici di suddivisione dell'uri nei suoi componenti. La sintassi generica usa i caratteri slash /, punto interrogativo? e cancelletto # per delimitare 2

3 tali componenti, che sono, oltre allo scheme, l'authority, il path, il query ed il fragment. La sintassi generica di un URI è dunque la seguente: URI = scheme : [ // authority ] path [? query ] [ # fragment ] Scheme Il significato di tale elemento è già stato visto. Per quanto riguarda la sua sintassi va invece detto che esso è case-insensitive, ma la forma canonica è in minuscolo e dunque è raccomandato che applicazioni che generano URI usino scheme scritti in minuscolo Authority Molti URI scheme includono un elemento gerarchico (opzionale) che identifica un naming authority al quale è delegato il controllo del namespace definito dal resto dell'uri. Il componente authority è delimitato da uno slash /, un punto interrogativo?, dal cancelletto # o dalla fine dell'uri Path Il componente path (obbligatorio) contiene dei dati, generalmente organizzati in forma gerarchica, che insieme ai dati contenuti nel componente query permettono di identificare una risorsa all'interno dello scope dell'uri scheme e del naming authority (se presente). Il componente path è terminato dal primo punto interrogativo? o cancelletto # o dalla fine dell'uri. Il componente path, sebbene obbligatorio, può essere vuoto, ma solo se il componente authority non lo è Query Il componente query (opzionale) contiene dati non gerarchici che, assieme a quelli del componente path permettono di identificare una risorsa all'interno dello scope dell'uri scheme e del naming authority (se presente). L'inizio del componente query è indicato dal primo punto interrogativo? mentre la fine è indicata dal primo cancelletto # o dalla fine dell'uri Fragment Identifier Il componente fragmet (opzionale) permette un'identificazione indiretta di una risorsa secondaria per mezzo del riferimento alla risorsa primaria (identificata dell'uri privato del fragment) e di ulteriori dati identificativi. La risorsa secondaria può essere una porzione o un sottogruppo di quella primaria o può essere un'altra risorsa definita o descritta dalla risorsa primaria. 1.3 URI nel Semantic Web Gli URI svolgono un ruolo fondamentale nel Semantic Web (non a caso si trovano nel primo strato 3

4 della semantic cake 1 ). Permettono infatti di identificare in modo univoco e globale una risorsa di cui vogliamo parlare. L'RDF si basa sull'ipotesi che due risorse aventi lo stesso URI 2 siano la stessa risorsa, ovvero che un URI identifichi una ed una sola risorsa. Dunque le triple relative ad uno stesso URI, ma contenute in documenti diversi possono essere aggregate. Viene eliminata l'ambiguità del linguaggio comune in cui una stessa parola o uno stesso nome possono essere usati per indicare due concetti diversi. Storicamente gli URI nascono per identificare risorse web [2]; per tali risorse esistono dunque dei ben noti metodi per associarvi URI. Con la nascita del Semantic Web, il loro uso è stato esteso a tutte le risorse, ciò pone però il problema di come assegnare URI a risorse fisiche o concettuali. Qual è l'uri di un'automobile? E quella di persona? E quella del concetto di pace? Tale problema è stato risolto principalmente in due modi: estendendo l'uso di URI scheme già esistenti e creando nuovi URI scheme utilizzabili per qualunque risorsa. 2.Uso di URI con schema http L'URI scheme http [3] è probabilmente lo schema più noto ed utilizzato nel Web attuale. Fu ideato per identificare risorse web accessibili tramite il protocollo HTTP (HyperText Transfer Protocol). Gli URI http hanno la seguente sintassi (che rispetta quella generica precedentemente descritta): http URI = host [ port ] [ / path ] [? query ] [ # fragment ] Come si può vedere il ruolo dell'elemento authority della sintassi generica è svolto dall'elemento host; esso identifica un particolare computer per mezzo o del suo IP o più frequentemente del suo nome. Per computer connessi ad Internet tale nome è composto dal loro hostname e da un nome di dominio. Questi ultimi sono assegnati in modo centralizzato da apposite organizzazioni che garantiscono che ogni nome di dominio sia assegnato ad un'unica entità (persona, società, organizzazione, ecc.). Dunque chi possiede un nome di dominio può creare URI http semplicemente scegliendo il path che ritiene opportuno per la risorsa che vuole identificare. A seguito di questa facilità nel creare URI, della sua ampia diffusione e della iniziale mancanza di URI scheme adatti per qualunque risorsa, lo schema http è stato ed è tuttora usato nel Semantic Web per identificare, non solo risorse web accessibili tramite HTTP, ma anche risorse fisiche e concetti. Ad esempio il proprietario del dominio example.org potrebbe usare l'uri per identificare il proprio gatto. Egli potrebbe inoltre collocare a tale URL un documento elettronico (testo in linguaggio naturale, immagine, ecc.) che descriva la risorsa identificata, in questo caso il suo gatto. Questo metodo è ampiamente usato nel Semantic Web, in quanto permette di capire quale sia la risorsa identificata da un determinato URI 1 2 L'RDF considera due URI lo stesso URI solamente se sono uguali carattere per carattere. 4

5 semplicemente dereferenziandolo. L'uso dello schema http presenta dunque vari vantaggi, tuttavia esso soffre di un problema di notevole rilevanza, quello dell'uri crisis [4] [5]. 2.1 URI Crisis L'URI crisis si manifesta quando usiamo un URI del tipo http per identificare delle risorse fisiche o dei concetti. In questo caso infatti l'uri può essere anche utilizzato per identificare il documento che si trova all'url corrispondente. Abbiamo dunque un URI che può identificare due risorse. Questo problema può essere risolto in due modi, o attraverso l'uso del fragment identifier o tramite un'apposita configurazione del server web che risponde alla richiesta di GET causata dal tentativo di dereferenziare l'uri. 2.2 Uso del fragment identifier Una semplice soluzione al problema dell'uri crisis consiste nell'aggiungere all'url della pagina che descrive la risorsa fisica o il concetto, un fragment identifier vuoto. L'URI dell'esempio precedente, usato dal proprietario di example.org per identificare il proprio gatto, diventerebbe dunque Dereferenziando tale URI si ottiene comunque la descrizione della risorsa identificata, pur avendo due URI diversi, uno per la risorsa ed uno per il documento che la descrive. Nel caso si abbiano più risorse da identificare, invece di creare un documento descrittivo per ognuna di esse, si potrebbero aggregare in un unico documento le diverse descrizioni ed usare come URI per le risorse l'url del documento seguito da un fragment identifier contenente il nome della risorsa. Ad esempio supponendo che il proprietario di example.org abbia due gatti, Tom e Silvestro, egli potrebbe identificarli usando gli URI e e potrebbe collocare all'url una loro foto o un altro documento che li descrive. 2.3 Provare a dereferenziare l'uri Per quanto riguarda gli URI http privi di fragment identifier il TAG (Technical Architecture Group) ha stabilito che per determinare il tipo di risorsa da essi identificata, bisogna provare a dereferenziare l'uri, eseguendo un richiesta di GET per esso, e verificare quale status code viene restituito dal web server [6] : se si ottiene un codice 2xx allora la risorsa identificata è una risorsa web se si ottiene un codice 303 (See Other) allora la risorsa identificata può essere qualunque tipo di risorsa 5

6 se si ottiene un codice 4xx (Error) allora la natura della risorsa è sconosciuta Di conseguenza per utilizzare un URI http privo di fragment identifier per identificare una risorsa reale si deve configurare il proprio web server in modo tale che risponda ad una richiesta di GET per quell'uri con un redirect su un altro URL al quale si può collocare una descrizione della risorsa identificata PURL In alternativa alla suddetta configurazione del proprio server web, si può utilizzare il servizio PURL 3 [7] messo a disposizione dall'online Computer Library Center. PURL sta per Persistent Uniform Resource Locator; si tratta essenzialmente di un URL che invece di puntare direttamente ad un risorsa sul Web punta ad un sistema di risoluzione intermedio. Il sistema di risoluzione PURL associa il PURL con l'effettivo URL della risorsa e restituisce tale URL al client che esegue una richiesta di GET sul PURL. Questo avviene tramite un HTTP redirect. 3.URN Uniform Resource Names Il concetto di URN è già stato introdotto, ora si vedrà più in dettaglio quali sono i requisiti che un URI deve rispettare per poter essere considerato un URN. Lo scopo di un URN è quello di fornire un identificatore globalmente univoco e persistente usato per riconoscere una risorsa ed eventualmente accedere alle sue caratteristiche o accedere alla risorsa stessa. Sebbene sia stato definito un URI scheme specifico per la creazione di URN, lo schema urn, anche URI che utilizzano un altro schema posso essere classificati come URN, è infatti sufficiente che essi rispettino i seguenti requisiti funzionali [8]: Scope globale: un URN è un nome con scope globale che non implica una collocazione. Ha lo stesso significato ovunque. Univocità globale: lo stesso URN non sarà mai assegnato a due diverse risorse. Persistenza: la vita di un URN è permanente. Ovvero sarà globalmente univoco per sempre e può essere usato come identificativo di una risorsa per un periodo maggiore della vita stessa della risorsa o della naming authority coinvolta nella sua assegnazione. Scalabilità: gli URN possono essere assegnati a risorse che saranno plausibilmente disponibili per migliaia di anni. Supporto di sistemi di nomenclatura legacy: lo schema deve supportare sistemi di nomenclatura già esistenti purché essi rispettino gli altri requisiti qui descritti. Estensibilità: ogni schema per URN deve permettere future estensioni. 3 6

7 Indipendenza: è compito esclusivo dell'autorità che genera il nome determinare le condizioni sotto le quali generare un nome. Risoluzione: un URN non impedirà la risoluzione (trasformazione in URL). In particolare per URN che hanno un corrispondente URL deve esistere un meccanismo per ottenerlo. Lo schema urn permette di creare URI utilizzando nomi appartenenti a particolari namespace che rispettano i requisiti suddetti. La sintassi di un URI con schema urn è la seguente: URN = "urn:" NID ":" NSS l'elemento NID (namespace identifier) identifica un particolare namespace, mentre l'elemento NSS (namespace specific) contiene una stringa che permette di identificare in modo univoco una risorsa all'interno del namespace considerato. Esempi di URN sono i seguenti: urn:isbn: urn:ietf:rfc:3187 urn:oid: duri e tdb duri e tdb [9] sono due urn namespace che permettono di creare in modo agevole degli URN per identificare documenti e risorse fisiche o concetti. La sintassi del namespace duri è la seguente: DURI = "urn:duri:" date ":" encoded-uri dove date è un stringa di numeri corrispondente ad una data, mentre encoded-uri è un URI assoluto in cui tutti i caratteri, esclusi quelli appartenenti alla sintassi urn, sono stati escapati. Il significato di un duri è la risorsa che era identificata dall'encoded-uri (decodificato) nell'istante di tempo identificato dalla data. Per esempio l'uri urn:duri:2001:http://www.ietf.org è un identificatore persistente del documento identificato da all'inizio dell'anno La sintassi del namespace tdb è analoga: TDB = "urn:tdb:" date ":" "encoded-uri" Il significato di un tdb (thing described by) è la risorsa descritta dal documento identificato dall'encoded-uri nella data date. Il namespace tdb permette di identificare entità, concetti, astrazioni o altre risorse che non sono esse stesse accessibili in rete, ma che in una certa data sono state descritte da una risorsa accessibile in rete. Ad esempio l'uri urn:tdb:2001:http://www.ietf.org identifica l'organizzazione Internet Engineering Task Force così come era descritta dalla propria homepage all'inizio del

8 3.1.1 Risoluzione di duri e tdb Non esiste un server che permetta un'accurata risoluzione di URN duri e tdb. Un duri può essere risolvibile nel senso che è possibile accedere alla risorsa identificata dall'encoded-uri nella data specificata tramite una cache o un qualche servizio di archivio Internet (come ad esempio ). Un tdb è risolvibile nel senso che, se il corrispondente duri è risolvibile, è possibile accedere al risultato di tale risoluzione ed interpretarlo. Se non è possibile accedere a nessuna forma di archivio, si può cercare di risolvere l'encoded-uri ottenendo il documento attualmente identificato. Ciò permette di ottenere un'approssimazione della risoluzione del duri (o del tdb) la cui affidabilità dipende dal tempo trascorso dalla data indicata e quella in cui avviene la risoluzione dell'encoded-uri. 4.TAG URI I tag URI (URI con schema tag) [10] sono progettati per essere univoci nel tempo e nello spazio. Essi si distinguono da molti degli altri tipi di URI per il fatto di non avere un meccanismo di risoluzione autoritativo. Un tag URI può essere usato soltanto come identificatore. I tag URI rispettano i seguenti requisiti: Sono univoci nel tempo e nello spazio e ve ne è una disponibilità praticamente inesauribile. È pratico per gli esseri umani crearli, leggerli, scriverli, ricordarli, ecc. Non è richiesta una registrazione centralizzata, almeno per i possessori di domini o indirizzi ; il costo per creare ciascun nuovo tag URI è irrisorio. Sono indipendenti da qualsiasi particolare schema di risoluzione. 4.1 Sintassi La sintassi di un tag URI è la seguente: TAG URI = tag: taggingentity : specific [ # fragment ] Il componente taggingentity definisce il namespace; la sua sintassi è la seguente: authorityname, date Il sotto-componente authorotyname può essere o un nome di dominio o un indirizzo di proprietà del creatore del tag URI. Il sotto-componente date è una data espressa nella forma YYYY-MM-DD; date del tipo YYYY-MM-01 possono assere abbreviate nella forma YYYY-MM ovvero indicando solo l'anno ed il mese, analogamente date del tipo YYYY possono essere abbreviate nella forma YYYY ovvero indicando semplicemente l'anno. La data specifica, secondo il calendario gregoriano, un particolare giorno in cui l'authorityname era assegnato al creatore del tag URI. 8

9 La coppia authorityname e date permette di identificare in modo univoco l'entità che crea il tag URI; questo poiché in un determinato istante un dominio o un indirizzo possono essere assegnati ad una sola persona. Il solo authorityname non è sufficiente poiché un dominio o un indirizzo possono, nel tempo, cambiare proprietario. La parte specific è la parte dipendente dal namespace: in pratica è una stringa, formata dai caratteri permessi in un URI, scelta dal creatore dell'uri. È raccomandato che la parte specifica sia userfriendly. I tag URI possono opzionalmente terminare con un fragment identifier. Come detto il creatore del tag URI può scegliere liberamente la parte successiva al taggingentity (parte specific e fragment), tuttavia deve garantire la sua univocità. Se tale vincolo è rispettato il tag URI generato sarà univoco (grazie al fatto che il taggingentity, per come deve essere costruito, è sempre univoco). Esempi di tag URI sono i seguenti: tag:my-ids.com, :timkindberg:presentations:ubath tag:blogger.com,1999:blog-555 tag:yaml.org,2002:int 5.Identificazione tramite valore di una IFP Una IFP (Inverse Functional Property) è una proprietà i cui singoli valori possono essere riferiti al massimo ad una risorsa, ovvero non possono esistere due soggetti diversi che abbiano, per tale proprietà, lo stesso valore. Come conseguenza di ciò si ha che in ogni statement avente come predicato tale proprietà, il soggetto è univocamente determinato dall'oggetto (valore della proprietà). La coppia IFP e oggetto può dunque essere usata per identificare il soggetto, sostituendo il compito svolto da un URI. Questa soluzione viene spesso usata in RDF per quelle risorse per le quali non esiste un URI standard o per le quali risulta difficile o troppo oneroso crearne una. Un esempio di applicazione che utilizza tale metodo è il progetto FOAF. 5.1 Il progetto Friend of a Friend (FOAF) Il progetto FOAF 4 (Friend of a Friend) [11] si prefigge l'obiettivo di creare un Web in cui le pagine che descrivono delle persone e i collegamenti tra esse e ciò che fanno o creano siano interpretabili dalle macchine. 4 9

10 FOAF è sostanzialmente un vocabolario RDF. Il suo uso tipico è simile a quello dell'rss: il proprietario di un sito crea uno o più file FOAF sul proprio web server e rende noti gli URL di tali file cosicché appositi agenti software possano usare l'informazione in essi contenuta. Così come la creazione di una pagina web, anche la creazione di dati FOAF è decentralizzata e sotto il controllo dell'autore. Un esempio di applicazione che utilizza questi file è un archivio in cui i membri di una comunità conservano i propri dati. Tuttavia, come con l'rss, il progetto FOAF diviene molto interessante quando i dati sono aggregati e possono essere esaminati e messi in relazione tra loro. Il progetto FOAF ha dovuto affrontare il problema di creare un identificatore che permettesse di riferirsi in modo univoco ad una persona. Questo problema viene risolto nei sistemi chiusi assegnando ad ogni persona un identificatore specifico per quella determinata applicazione. Tuttavia nel caso di FOAF si è in un sistema aperto in cui si vuole usare lo stesso identificatore per servizi diversi, dunque la questione è più complicata. Una possibile soluzione sarebbe stata quella di ricorrere ad un sistema centralizzato per controllare l'assegnazione delle identità, qualcosa di simile a Microsoft Passport. Tuttavia un sistema centralizzato è rischioso per numerosi motivi, non ultimo il fatto di affidare ad una terza parte il controllo sui propri accessi ai vari servizi e sui propri dati personali. Per FOAF fu quindi ideata una strategia di assegnazione dei nomi decentralizzata. Tale strategia si basa sul presupposto che un indirizzo è assegnato ad un'unica persona. Dunque un indirizzo potrebbe essere usato per identificarne il proprietario; tuttavia usare l'uri dell'indirizzo per riferirsi al proprietario è concettualmente sbagliato poiché si otterrebbe un URI che identifica due risorse: l'indirizzo e la persona. Inoltre una persona potrebbe avere più indirizzi ognuno utilizzato per un particolare scopo. L'idea di usare un indirizzo per identificare una persona rimane comunque valida. Invece di usare l'uri dell'indirizzo come identificatore per il proprietario si può semplicemente assumere che tutte le descrizioni di una persona che includono l'affermazione l'indirizzo di questa persona è si riferiscano allo stesso individuo. FOAF funziona esattamente in questo modo. Al fine di combinare l'informazione relativa ad una particolare persona si assume dunque che un indirizzo sia una inverse-functional property, ovvero che un indirizzo abbia un solo proprietario. 10

11 RIFERIMENTI [1] T. BERNERS-LEE, R. FIELDING, L. MASINTER, RFC Uniform Resource Identifier (URI): Generic Syntax, Network Working Group, 2005 [2] WIKIPEDIA, Uniform Resource Identifier, [3] R. FIELDING, J. GETTYS, J. MOGUL, H. FRYSTYK, L. MASINTER, P. LEACH, T. BERNERS-LEE, RFC Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.1, Network Working Group, 1999 [4] T. BERNERS-LEE, What do HTTP URIs Identify?, [5] D. Booth, Four Uses of a URL: Name, Concept, Web Location and Document Instance, [6] TAG, httprange-14: What is the range of the HTTP dereference function?, [7] K. SHAFER, S. WEIBEL, E. JUL, J. FAUSEY, Introduction to Persistent Uniform Resource Locators, [8] K. SOLLINS, L. MASINTER, RFC Functional Requirements for Uniform Resource Names, Network Working Group, 1994 [9] L. MASINTER, "duri" and "tdb" URN namespaces based on dated URIs, [10] T. KINDBERG, S. HAWKE, RFC The 'tag' URI Scheme, Network Working Group, 2005 [11] E. DUMBILL, Finding friends with XML and RDF,

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