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Cours Web Services sémantiques © Alain Léger FT R&D, ENS M SE St Etienne, 5-14 January 2009
Adding Semantic to Web Data and ServicesPart 8 – Semantic WS Composition : An introduction
Doctoral School, St Etienne January 2009
Alain Léger FT R&D Orange Labs ResearchDR Knowledge Processing (KRR)Manager Industry Area IST NoEs OntoWeb et Knowledgeweb (2000 -2007)Associated DR CNRS Lyon I - LIRIS
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Plan Cours 1 (5 janv 09 13:30 – 17:15 / 6 janv 09 8:00 – 11:45)
• Why adding semantics to the Web ? (1h30)
CIntroduction
CTake Away and References
• Foundations of Semantic Web (2h15)
CIntroduction to Description Logics
CStandards Inferences and Tableau
• From XML, RDF to OWL (2h45)
CXML, RDF, RDF-S
COWL
• Applications and Roadmap (1h)
CApplication Scenarios
CVisions prospectives et verrous technologiques
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Plan Cours 2 (12 janv 09 13:30 – 17:15 / 13 janv 09 8:15 – 12:00 / 14 janv 09 8:15 – 12:00 )
• From Rules to Queries (1h15)
CRules Languages
CSparQL
• Process Distribution (1h00)
CFrom structural to services computing
• Semantic WS discovery (3h45)
CNon standard inferences
CResources discovery
CIllustration : PICSEL
• Semantic WS composition (1h30) ** Introduction pour cours 3 **
COverview of the approaches : Fonctional and Behavioral
CIllustrations : DERI, FT R&D at ECOWS'06
• Technologies, Plateforms, Applications (2h00)
COverview Standards and Platforms WSML-MX, OWL-S MX, WSMX et al.
CApplications Sem Web : AceMedia, Mkbeem, Business cases (book)
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Plan Cours 3 (19 janv 09 / 20 janv 09 / 21 janv 09 )
• SWS Standards TD (4h)
CSAWSDL, OWLS, WSMO
• Functional based Semantic Web Service CompositionCDefinitionsCApproaches (Our two approaches vs. State of the Art)COptimizationCIndustrial Scenarios
• WSMO service Parsing and Reasoning TP(4H)
• Techniques de base de la construction d'application par composition de services type mashup via mashup tools TP(4H)
CPiggy bank CTabulator CYahoo Pipes CMicrosoft PopflyCQEDWikiCGoogle Mashup via IGoogle
CNetvibes
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Inte
grat
ion
Busi
ness
Pro
cess
Services Web Semantique : L' Intégration par composition automatique ?
•Chaque tâche a un
but
•Le service le plus
approprié pour
atteindre un but est
localisé soit à
design-time ou à
run-time.
•Hétérogénéité
des données et
protocoles est
traités par des
médiateurs
Serv
ices
Buyer
Sales Department Factory
(supplier) Risk & Financials
3rd Party Shipment
Mediator Mediator
LegacyMediator
Mediator Comm.Mediator
Mediator MediatorMediator
MediatorMediatorLegacyMediator
Mediator
LegacyMediator
Mediator
MediatorMediator Comm.MediatorComm.
MediatorMediatorMediator
SSemanticallyemantically EEmpoweredmpowered SServiceervice OrientedOriented AArchitecturerchitecture
(c) CEFRIEL – Politecnico di Milano
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•ModélisationCQuelles propriétés doivent être décrites ?
CComment les décrire ?
•DécouverteCProblème de correspondances sémantiques
CAlgorithmes efficaces, passage à échelle, etc
• CompositionCSpéciation : service cible, contraintes non fonctionnelles …
CAlgorithmes de composition (synthèse, analyse)
• Invocation, Sécurité, etc.
SWS Domaines de recherche
Notre focus
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•Composition de services : création d’un nouveau service à partir de services existants
•Composition automatique Synthèse du service composite sans intervention humaine
• Simplifier le développement d’applicationsCRéutilisation des composants existantsCPossibilité de personnalisation
• FlexibilitéCComposition “on-the-fly”
• Amélioration de la composition manuelle : CDes modèles plus riches pour décrire et découvrir les servicesCOutils pour déboguer les descriptions BPEL
Besoin d’une architecture plus riche
Composition de SW
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HTTP, SMTP,…
SOAP
WSDL
WSCL
Réseau
Echange de messages
Description individuelle d’un service
OWL-S : Profile, Model & Grounding
BPELComposition
WS-Transactions
WS-Security
Architecture étendue des SW
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• Un pas vers la composition automatique : une description du comportement d’un service
• Une spécification WSCL un graphe étiquetéCTransitions : séquences d’interactionCEtiquettes : conditions (messages) sur les transitions
WSCL : Conversation
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<ConversationTransitions><Transition><SourceInteraction href="Start"/><DestinationInteraction href="Login"/>
</Transition><Transition><SourceInteraction href="Start"/><DestinationInteraction href="Registration"/>
</Transition><Transition><SourceInteraction href="Login"/><DestinationInteraction href="Registration"/><SourceInteractionCondition href="InvalidLoginRS"/>
</Transition></ConversationTransitions></Conversation>
WSCL (2)
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•Ajout de la sémantique aux services
•Automatisation : découverte, sélection, composition,
invocation …
OWLS
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• Modèle de composantesCWSDL, WSCL, OWL-S, etc.
• Modèles d’orchestrationCComment coordonner et invoquer les services correctement.
• Modèle de données et d’accès aux donnéesCDonnées spécifiques aux applications et données de gestion de flow.CTableau noir (blackboard) ou données de flow explicites
• Modèle de sélection de servicesCBinding statique, binding dynamique par lookup, etc.
• TransactionsCDéfinir des régions atomiques au sein d’un schéma d’orchestration
• Gestion des exceptions
Dimensions de la Composition de SW
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•Synthèse de composition
CUne spécification de comment coordonner les actions des
services pour satisfaire les requêtes d’un client.
Actuellement, deux grands axes :
• Comportement de services (protocole)
• Signature (E/S)
•Orchestration
CComment effectivement exécuter la spécification produite
par la synthèse
Phase de la Composition de SW
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Composition automatique
• Pourquoi ?CComposition flexible sur une offre large de servicesCE.g., utiliser le service plus approprié à l'instant désiréCE.g., réaliser la tâche même si le service préféré est défaillant
• Un champ de recherche naissant : 3 approches majeuresCRoman model [Berardi et al., 2003]
• Automates à états finis, CMealy model [Bultan et al., 2003]
• Files de Conversation COrienté-planification [Pistore et al., 2005] [McIlraith et al., 2002]
• AI Planning
De nombreuses approches émergent
mais personne ne semble avoir une vision exhaustive
Colombo [Berardi et al., 2005]
•Protocol synthesis
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Situation
Composition SWS par Planification
Dynamique(Planification à l’Exécution)
Statique(Planification à la conception)
Réactif(à toute perturbation)
Avancé(collecte d’info,
Replanification)
Restreint(collecte d’info)
Non classique(Contextuel)
Classique(déterministe, état initial complet)
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Composition Fonctionelle (FLC) et Comportementale (PLC)
Web ServiceImplementation
(non public)
Choreography --- Service Interfaces ---
Capability
functional description
WS
WS
client-service interaction interface for consuming WS - External Visible
Behavior
realization of functionality by aggregating other Web Services - functional
decomposition - WS composition
Non-functional Properties
QoS + Version + financial
WS
Orchestration PLC
FLC
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internal business logic of Web Service
(not of interest in Service Interface Description)
internal business logic of Web Service
(not of interest in Service Interface Description)
Choreography W
W M
ediator- only those aspects of WS
realization wherefore other WS are aggregated
- aggregated WS used via their behavior interface
Control structure for aggregation of other Web Services
WS
Web Service B
usiness Logic
1
2
3
4
WS
State in Orchestration
Control Flow
Data Flow
Web Service Usage
Mediator in Choreography
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•Un protocole : ensemble de conversations supportées
par le service
• Formalisé par le biais des automates d’états finis
• Exemple :
Modèle pour la composition comportementale
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•Service cible : description de la requête du client
•Composeur : un protocole abstrait qui simule le service cible et délègue ses actions aux services disponibles
Modèle (2)
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Requête Cliente
a
b
ba
S1.a
S2.b
S1 S2
Exemple 1
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Requête Cliente
a ba
Services disponibles
S1.a
S2.b
S1 S2
bb
S2.b
Exemple 2
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search
initsearchlistencartbuy buy
init search cart
searchMusic store (front-end)
listen
cart
search search
DesiredService
“UDDI++”: Available services
init search
search
Web store
cartlisten
Juke
buy
Bank
Roman Model: Automata-based representation of human-machine web service [Berardi, Calvanese, De Giacomo, Lenzerini, Marcella ICSOC ’03]
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•Un composeur est une composition ssi:CIl supporte toutes les conversations supportées par le service
cible
CIl est déterministe en terme d’actions
CIl délègue toutes ses actions d’une manière correcte (respecte l’ordre des opérations effectuées par chaque service)
• Instance d’un service : occurrence en cours d’exécution.
• L’exécution d’un service composite peut impliquer plusieurs instances d’un même service.
Composition et instance de service
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Requête Cliente
a
b
ba
Services disponibles
S1.a
S2.b
S1 S2
Une instance de S1
Une instance de S2
Exemple 3
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Requête Cliente
a
b
c
Services disponibles
S2 S1
c
a
b
S1.a
S1.b
S2.c
Une infinité d’instances de S2
Une instance de S1
Exemple 4
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•Automatic Composition of e-Services that Export their Behavior ("Roman Model)
• Automatic Composition of Transition-based Semantic-Web Services with Messaging "Colombo model")
Travaux existants
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•Un service est décrit par son protocole
•Un nombre d’instances (k) borné a priori pour
chaque service
• Technique de composition basée sur les DPDL
(Deterministic Propositional Dynamic Logic)
•Complexité : double exp-time
Automatic composition of E-services that export their behavior
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Requête Cliente
a
b
a
Services disponibles
S1 S2
b
S1.a
S2.b
Ce composeur ne peut pas être calculé avec k=1
a S1.a
Automatic composition of E-services that export their behavior (2)
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Requête Cliente
a
b
c
Services disponibles
S2S1
c
a
b
S1.a
S1.b
S2.cCe composeur ne peut pas être calculé avec tout k
Automatic composition of E-services that export their behavior (3)
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• Les services sont caractérisés par
Cles processus atomiques
Cleur impact sur le monde réel
Cleur comportement transactionnel
Cles messages qu’ils peuvent s’échanger
• La même technique de résolution ainsi que les
mêmes restrictions s’appliquent
Automatic composition of transition-based services with messaging
Modèle Colombo
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Key Building Blocks for this Vision
• Reasoning about message passingCCf. Conversation model [Bultan et al, WWW ’03], etc.
CFSM internal model for receive/send messages
CRelating local/global messaging behavior
• Reasoning about semantics, i.e., “impact on the world”CCf. OWL-S [OWL-S Coalition, ’03], etc.
CComposition results typically focus on single-use
• Reasoning about the internal processes of web servicesCCf. “Roman” model [Berardi et al, ICSOC ’03], etc.
CAlphabet of abstract “actions”
CFSM internal model
CResults construct re-usable compositions• Early foundations work focuses on building blocks individually
• It is now time to use a single, unified model
Modèle Colombo 2005
D32 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD32 - 16/01/2009
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StoreWare-House
Bank
Colombo: Combining the key building blocks, while respecting existing standards, approaches
“Real World”
Client(human or
machine)
• “View” of internal process model• Impact on “real world”– modeled as relations or FOL• Messages between services
– automata based
Modèle Colombo 2005
D33 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD33 - 16/01/2009
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Semantic Web Service Composition by AI planning
DL reasoning and AI planning for SWS Composition
A Semantic Link and Causal Laws Based Approach
WI'08 – IEEE/ACM Int'l conference on Web Intelligence, Sydney, Autralia, 9-12 December 2008 –Best Paper AwardFreddy Lécué, Alain Léger, Alexandre Delteil
Sera présenté par Dr Freddy lécué, University of Manchester, 19-21 january 2009
D34 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD34 - 16/01/2009
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Notre approche résumée
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Sx InputSx Input
Web Service SxWeb Service Sx
Sx OutputSx OutputSy InputSy Input
Web Service SyWeb Service Sy
Sy OutputSy OutputParametersParametersParametersParametersParametersParameters ParametersParameters
hsy , SimT (Out sy , In sx), sxihsy , SimT (Out sy , In sx), sxi
SWS composition et ses liens sémantiques
• Lien sémantique : connexion entre servicesCEntre paramètres d'entrée et de sortieCValué par une mesure de qualité de la liaison SimT
• Avec SimT• Exact: if T Out_Sy ≡ In_Sx• Plug In: if T Out_Sy In_Sx
• Subsume: if T Out_Sy In_Sx
• Intersection: if T In_Sx ⊓ Out_Sy ≠ ⊥• Disjoint: if T In_Sx ⊓ Out_Sy ≡ ⊥
NetworkConnection
NetworkConnection
≡
SlowNetworkConnection
NetworkConnection
NetworkConnection
SlowNetworkConnection
VoIPId
IP Address
⊓
NetworkConnection
Address
⊥
Robuste
Non Robuste
Lien Non Retenu
D36 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD36 - 16/01/2009
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Semantic Web Service Composition
Freddy Lécué and Alain Léger
Based On A Closed World Assumption
ECOWS'06 – 4th European Conference On Web Services
Zurich, Switzerland, 4 - 6 December 2006
1, 2 1
France Telecom R&D, 4, rue du clos courtel,
35510 Cesson-Sevigne France
Ecole Nationale Supérieure des Mines158, cours Fauriel,
42100 Saint Etienne
1
2
{freddy.lecue, alain.leger}@orange-ftgroup.com
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DL Différence et robustesse
• MotivationCLien Non robuste x Lien Robuste
• SolutionCRetrouver les paramètres manquantsCDifférence par abduction
• Ex :
NetworkConnection
≡ ≤netSpeed.Speed
SlowNetworkConnection
≡NetworkConnection
≤netSpeedAdls1M
NetworkConnection
≡ ≤netSpeed.Speed
H
SlowNetworkConnection
≡NetworkConnection
≤netSpeedAdls1M
≡
H≡ ≤netSpeedAdls1M
Sy InputSy Input
Web Service SyWeb Service Sy
Sy OutputSy OutputParametersParametersParametersParameters
Sx InputSx Input
Web Service SxWeb Service Sx
Sx OutputSx OutputParametersParameters ParametersParameters
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Planning avec la matrice des liens sémantiques
• MotivationCMaîtrise de l'espace des services pertinents CPré-compilation des services composables Sx ◦ Sy
• Recherche de plans de composition
D39 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD39 - 16/01/2009
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Exemple (ECOWS 2006)
• SML M et Π (Sw, A, β)
CPlanification par régression • depuis le but final In. , • un but intermédiaire De.,• Un but intermédiaire Fa.,
In.
?(Sd,1)IP.
Ph.
De. (Sd,1)
(Sd,1)
(Sd,1)
(Sc,3/4)?
(Sc,3/4) Ph.
Fa.
(Sa,1/2)
?
Ph.
Em.
Zi.
D40 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD40 - 16/01/2009
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Planning conditionnel (à la conception)
• MotivationsCPré-conditions / effets associés à l'activation des services web (actions)CLa planification sous hyp. de persistence de l'informationn'est pas valideCLa planification dynamique (run time) n'est pas réaliste
=> La planification conditionnelle (design time)
• SolutionsCServices vus comme des actions (conditionnelles) sGologCLiens sémantiques conditionnés à l'état du système (s)CLes lois causales comme des axiomes sur le graphe d'états
=> Extension de sGolog (SlcGolog)
L'approche précédente est insuffisante
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Planification par chaînage AR
Σ ∪Duna ∪Dap ∪DS0 ∪Dss ∪Dsr ∪DV (ω, So, g)
Raisonnements SclGolog
Causal Links & Laws et sGolog
KB (T, A)
ABox TBox
Semantic Web ServicesEn "LD"
Description DL du Domaine
Actions en
Calcul des situations
Σ
DS0
Duna
Dap
Dss Dsr
Description CDS du Domaine
Raisonnements TBox Liens sémantiques
Raisonnements ABox Instance (X,x)
Raisonnements DL (Fact++)
Exécution
De la composition
un plan "g" de
composition conditionelle
DV
D42 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD42 - 16/01/2009
Cours Web Services sémantiques © Alain Léger FT R&D, ENS M SE St Etienne, 5-14 January 2009
Classes composeurs par planification SWS (AI planners)
Composition SWS par Planification
OWLS-XPlan2(Klusch et al., 06)
Dynamique(Planification à l’Exécution)
Statique(Planification à la conception)
Réactif(à toute perturbation)
Avancé(collecte d’info
Re-planification)
Restreint(collecte d’info)
Non classique()
Classique(déterministe, état initial complet)
Composition Comportementale
Composition Fonctionnelle
SHOP2 (Sirin et al., 02)
OWLS-XPlan1 (Klusch et al., 06)
PLCP (Pistore et al., 05)Optop (McDermott, 02)Roman Model (Berardi+, 05)Mealy Model (Hull+,03)
IW-RTC (Agre et al., 07)WSPlan (Peer et al., 05)
FFPLanner (Hoffmann+,07)----- (Lassila, 04)Golog-SCP (McIlraith+, 02)
Optop (McDermott, 02)
GOAL (Pfalzgraf et al., 06)
MetaComp (Botelho et al., 07)
RPCLM-SCP (Lécué et al., 06)
AGORA-SCP (Rao et al., 06)
SAWSDL-SCP (Wu et al., 07)
OntoMat-S (Agarwal et al., 04)
SDS (McIllraith et al., 03)
------- (Medjahed et al., 03)
SemaPlan (Akkiraju et al., 06)
Onto-Comp (Arpinar et al., 05)
OWL-S WSML SAWSDLGOAL IW-RTC SAWSDL-SCP
SHOP2 IRS-III
MetaComp
OWLS-XPlan
GologSCP
PLCP
AGORA-SCP
Complété de M. Klusch et al., SWS Coordination, Book Chapter 2007
SME3-Comp(Lécué et al., 08)
D43 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD43 - 16/01/2009
Cours Web Services sémantiques © Alain Léger FT R&D, ENS M SE St Etienne, 5-14 January 2009
Résultats de test de composition : SWS Challenge
• B2B integration on SWSCSWS to business servicesCBusiness services as decoupled services bound during run-time
• Mechanism Data and Process mediation during run-time
CImplementations – SWS Challenge Scenario
WSMOOntology
WSMO Service
WSMOOntology
WSMO Service
RosettaNetPIP 3A4
CRM, OMSsystems
mapping rules
Grounding Grounding
Base pour le Scénario de test du Challenge international SWS
http://sws-challenge.org
Mantovaneli Pessoa R, et al. A Comparison of Data and Process Mediation Approaches, Proceedings of the 2nd International Workshop on Enterprise Systems and Technology (I-WEST 2008). INSTICC Press, May 2008, pp. 48-63, Enschede, The Netherlands.
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Remerciements
• Une pensée toute particulière à tous ceux à qui j'ai emprunté, et ils
sont nombreux !
• Et à ceux qui m'ont emprunté … ☺
Merci !Manque les photos de Dr Freddy Lécué, Univ Man !!
Et Dr Ramy Ragab, LIMOS
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Annexe
Lecture recommandée
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Recommendations (selected papers to read)
• "A survey on Service Composition approaches: From Industrial standards to formal
methods", M. Beek et al., Int'l Conference on Internet and Web Applications and services, ICIW'07
• "Web Service Composition – Current Solutions and Open Problems", Biplav Srivastava, Jana Koehler, IBM, International, Conference on Automated Planning and Scheduling, ECAI 2003, Workshop on Planning for Web Services, Trento, June 9 - 13 2003
• "A survey on web services composition", S. Dustdar and W. Schreiner, Int. J. Web and Grid Services, Vol. 1, N° 1, pp. 1-30, 2005
• "SemanticWeb Service Composition Based on a ClosedWorld Assumption", Freddy Lécué et Alain Léger, 4-6 December 2006, ECOWS 2006, 4th IEEE European Conference on Web Services,
Zurich, Switzerland
• “DL reasoning and AI planning for SWS Composition A Semantic Link and Causal Laws Based Approach”, F. Lécué et al., Best Paper award, WI’08
• "Semantically-enabled service oriented architecture : concepts, technology and
applications", Tomas Vitvar et al., Service Oriented computing and applications, May 2007.
• "Assembling Composite Web Services from Autonomous Components", J. Pathak et al., Emerging AI Applications in Computer Engineering, 2007
• "Automated Services Composition based on Behavioral Descriptions", D. Berardi et al., IJICS 2004 (Système Colombo)