Arquitecturas GIS distribuidas en base a paradigma SOA, y 2.0

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1 1 Arquitecturas GIS distribuidas en base a paradigma SOA, y 2.0 Primer Autor: Borja Soutullo. Resumen EL presente artículo engloba una visión de cómo las nuevas tecnologías son y pueden ser aplicadas de un amanera novedosa al enorme mundo del GIS. Si bien antaño GIS era sinónimo de sistemas caros, costosos, complejos y cerrados, adía de hoy esto ha cambiado radicalmente. La popularización de sistemas GIS de acceso público junto a la aparición de sericios datos georreferenciados (principalemnte debido a la masificación de dispositivos GPS y servicios asociados) nos plantea el reto de buscar en el maremágnum de tecnologías, arquitecturas y paradigmas, una forma de aunar sinergias, servicios, estándares y posibilidades. Términos de índice: GIS, SOA, Rest, Aplicaciones distribuidas, 2.0 E I. INTRODUCCIÓN STE pequeño artículo introduce la computación orientada a servicios como medio de generar aplicaciones interactivas, sociales y multidispositivo en torno al mundo del GIS. El desarrollo de software soportado bajo un paradigma SOA, construido sobre tecnologías 2.0, está emergiendo como una nueva forma de desarrollo de software distribuido. i El uso de herramientas basadas en Sistemas de Información Geográfica (GIS por sus siglas en inglés: Geographic information system ) ha demostrado ser un medio eficaz para la comunicación y la muestra de información. Hasta ahora, estas herramientas han venido asociadas a un alto desembolso de capital y a una barrera técnica de acceso que hacían de las mismas un recurso de difícil acceso. Con la aparición de servicios GIS de calidad, gratuitos y con unas APIs (herramientas para su utilización) amigables y accesibles, estos sistemas prometen un grandísimo potencial en su aplicación a diversos ámbitos sociales. Los Sistemas de Información Geográfica presentan un interfaz sencillo, amigable, comprensible e intuitivo para el usuario. Gracias a las nuevas herramientas existentes en Internet, y a la gratuidad de muchas de ellas está surgiendo una cantidad ingente de aplicaciones posibles y plausibles que están revolucionando la forma en que se trata y muestra la información, a la vez que ofrecen al usuario una interfaz atractiva para compartir la información de la que dispone, y que, por norma general, suele ser útil a su entorno, en un lenguaje del entorno. Este artículo parte de un proyecto del plan Avanza llevado a cabo por Cedetel. En dicho proyecto se utiliza un pseudo arquitectura SOA, que por la naturaliza del curso de doctorado nos sirvió de inspiración para orientar el informe o trabajo final. Debido al auge de Internet y sus posibilidades, los sistemas GIS, antes aislados y sistemas completos en sí mismo, se están moviendo a un entorno donde se complementan con aplicaciones web, heterogéneas y más complejas. Utilizan internet como medio de acceder a informaciones geográficas, datos, y herramientas de análisis. ii Aunque muchas investigaciones y desarrollos hablan de aplicar la tecnología de los servicios web al mundo GIS, existen poco estudios sobre la arquitectura necesaria para la creación de una plataforma GIS distribuida mediante el paradigma SOA. iii,iv dichos sistemas se convertirán en un modelo importante en las próximas aplicaciones de internet v, SOA aplicado a GIS, nos permite el uso de funcionalidad GIS avanzada, relativa a servicios y datos, que puede ser fácilmente integrada y adaptada a aplicaciones GIS a medida. Los desarrolladores pueden invocar servicios GIS, sin tener que soportar ni mantener ni entender en profundidad uno de estos sistemas ni sus datos. EL paradigma de orientación a servicios nos permite soñar con esta funcionalidad y es por ello una promesa en el mundo del GIS. El último elemento de la receta lo componen la filosofía 2.0: Podemos entender la Web 2.0 como un conjunto de tecnologías que permiten la interacción del usuario con la propia web y sus usuarios. La creación de comunidades online, portales interactivos, la participación de los usuarios son los paradigmas de esta web 2.0. El presente artículo trata pues de profundizar e investigar el software gis colaborativo, mediante el análisis de las herramientas necesarias para conseguir estos entornos 2.0. Se plantea la pregunta de cómo debería ser una arquitectura distribuida que se comporte como una plataforma GIS orientada a servicios. II. SOBRE ESTANDARIZACIONES. El Open Geospatial Consortium (OGC) agrupa a más de 250 organizaciones públicas y privadas. Su fin es la definición de estándares abiertos e interoperables dentro de los Sistemas de Información Geográfica. Persigue acuerdos entre las diferentes empresas del sector que posibiliten la interoperación de sus sistemas de geoprocesamiento y facilitar el intercambio de la información geográfica en beneficio de los usuarios. Anteriormente fue conocido como Open GIS Consortium. Las especificaciones más importantes surgidas del OGC que podemos enmarcar dentro del presente estudio son: - GML: Lenguaje de Marcado Geográfico. - WFS: Web Feature Service o Servicio de entidades vectoriales que proporciona la información relativa a la

2 2 entidad almacenada en una capa vectorial (cobertura) que reúnen las características formuladas en la consulta. - WMS: Web Map Service o Servicio de mapas en la web que produce mapas en formato imagen a la demanda para ser visualizados por un navegador web o en un cliente simple. - WCS: Web Coverage Service - CSW: Web Catalogue Service - KML: Keyhole Markup Language. A. WMS (Web Map Service) El servicio Web Map Service (WMS) definido por el OGC (Open Geospatial Consortium) produce mapas de datos espaciales referidos de forma dinámica a partir de información geográfica. Este estándar internacional define un "mapa" como una representación de la información geográfica en forma de un archivo de imagen digital conveniente para la exhibición en una pantalla de ordenador. Un mapa no consiste en los propios datos. Los mapas producidos por WMS se generan normalmente en un formato de imagen como PNG, GIF o JPEG, y ocasionalmente como gráficos vectoriales en formato SVG (Scalable Vector Graphics) o WebCGM (Web Computer Graphics Metafile). B. WFS (Web Feature Service): Aunque luego volveremos sobre él, merece la pena leer esta breve explicación con la idea de SOA en mente. El servicio de publicación de objetos (WFS) permite recuperar y modificar (consultar, insertar, actualizar y eliminar) datos espaciales en formato vectorial codificados en Geography Markup Language GML. Cada servicio puede manejar uno o más tipos de fenómenos, cada uno de los cuales tiene asociado un XML Schema que describe su estructura. Para acceder y manipular estos fenómenos geográficos, el estándar WFS define interfaces que operan mediante la utilización de HTTP como plataforma de cómputo distribuido. Gracias a esos interfaces, un usuario o servicio web puede combinar, utilizar y gestionar información acerca de los fenómenos que constituyen los mapas. C. WCS (Web Coverage Service) Web Coverage Service proporciona una interfaz que permite realizar solicitudes de cobertura geográfica a través de la web usando llamadas independientes a la plataforma. Las coberturas son objetos (o imágenes) en una zona geográfica, mientras que la interfaz WMS o portales de servicios de mapas en línea como Google Maps, devuelve sólo una imagen, que los usuarios finales no pueden editar o analizar espacialmente. Este servicio permite la obtención de datos geoespaciales en forma de coberturas, es decir, información geográfica espacial digital que representa fenómenos de variación espacial (distribución continua), de modo que sean útiles para la representación o como dato de entrada de modelos científicos. Una cobertura define, por cada localización en el dominio, un conjunto de campos que pueden ser valores escalares (como una elevación) o valores vectoriales (como valores de luminosidad en diferentes partes del espectro electromagnético). Estos campos y sus valores son conocidos como rango de la cobertura. D. KML (Keyhole Markup Language) KML es un lenguaje XML enfocado a la visualización geográfica, incluyendo la anotación de mapas e imágenes. La visualización geográfica incluye no sólo la presentación de datos sobre el globo, sino también el control de la navegación del usuario en el sentido de donde ir y donde mirar. III. LA VISIÓN La visión hacia la que nos estamos encaminando mediante retazos de informaciones y tecnologías, y a la que se quiere llegar consiste en un usuario final, desconocido que pueda acceder a un catálogo de recursos, bien sean servicios, datos u otra funcionalidad, agrupados dando soporte como una plataforma global Figura 1: Una visión Restful de la plataforma. Imagen obtenida de i Esta visión de plataforma se sustenta en varias ideas clave: - La primera es la posibilidad de dar acceso a un compendio de recursos distribuidos, en base a funcionalidad GIS. - La segunda implica el poder ofrecer a mayores algo más que un mero compendio de recursos (esto lo podemos obtener mediante el uso de la semántica) - Ofrecer un acceso estándar en base a sistemas GIS. A. Volviendo a WFS Volvemos sobre WFS teniendo en mente esta vez el paradigma SOA. Como hemos comentado, el estándar WFS define interfaces que operan mediante la utilización de HTTP como plataforma de cómputo distribuido. Gracias a esos interfaces, un usuario o servicio web puede combinar, utilizar y gestionar información acerca de los fenómenos que constituyen los mapas, siempre que cumplan los siguientes requisitos: 1. Los interfaces deben definirse en XML 2. Se debe usar GML para servir la información sobre fenómenos 3. Un WFS debe ser capaz, como mínimo, de ofrecer fenómenos utilizando GML 4. El predicado o filtro de lenguaje debe definirse en XML y derivarse de CQL, como se indica en el OpenGIS Catalogue Interface Implementation Specification. vi

3 3 Puede muy bien por tanto enmarcarse como una arquitectura Restful. El almacén de datos utilizado para almacenar fenómenos geográficos puede ser opaco para la aplicación cliente, siendo el único acceso a los datos a través del interfaz del WFS. La única función de un WFS cuando interacciona con el sistema de almacenamiento de fenómenos geográficos, es asegurarse que los cambios realizados en los datos sean coherentes. Pueden definirse tres clases de WFS: - WFS Básico, implementa las operaciones GetCapabilities, DescribeFeatureType y GetFeature. Se considera el servicio de sólo lectura. - WFS XLink, soporta todas las operaciones del WFS Básico e implementa la operacióngetgmlobjet para XLinks locales y/o remotos, siendo posible utilizar la operacióngetgmlobjet durante la operación GetFeature. - WFS Transaccional, soporta todas las operaciones del WFS básico, e implementa las operaciones de transacción. Siendo opcional la implementación de las operacionesgetgmlobjet y/o LockFeature. empieza a dar una masa crítica a esta forma de entender la web y las aplicaciones. El futuro está llamando a la puerta, y parte del mismo es la necesidad e importancia de que aplicaciones y distintos dispositivos puedan entenderse entre sí. Poco a poco, pese a su aparente complejidad, la funcionalidad y los beneficios existentes, imponen su hegemonía y permiten anticipar un previsible boom de este tipo de aplicaciones en los próximos años. Figura 3: Interconexión de datos mediante la semántica. Imagen obtenida de vii Figura 2: Visión general del sistema, obtenida de iv WFS será pues como podemos suponer una de las partes nucleares de esta plataforma con soporte a servicios distribuidos, permitiéndonos el acceso a recursos de manera Restful. IV. AÑADIENDO SEMÁNTICA AL SISTEMA En este caso presentamos 2 propuestas sustanciales de mejora, novedosas al aplicarse de manera complementaria, y dignas de ser investigadas. En primer lugar debemos aportar semántica en los datos, y en segundo lugar en los servicios. Los recursos deben ser anotados, entendidos y entendibles. La web semántica, la semántica en la web, las ontologías en dominios de conocimiento, están llamados a tener un papel importante en el crecimiento de aplicaciones inteligentes en la red. La aparición de agentes inteligentes, buscadores semánticos, etiquetados con significado y múltiples dominios de lenguaje bien definidos en significado y relaciones, Este componente pensado para dotar de un plus convincente a la arquitectura propuesta, podemos observar que abren varias líneas de investigación respecto a este tema. En primer lugar las ontologías y dominios de conocimiento referente a sistemas geográficos. En esta línea se ha avanzado la existencia de estándares aceptados por la comunidad y ontologías que exponen información a lo largo de toda la red. En segundo lugar los llamados servicios web semánticos, cuya idea central es la del uso de descripciones más completas y declarativas de los elementos que forman parte de computación distribuida de una manera dinámica (servicios, procesos, transacciones ) viii Estas descripciones nos permitirán una provisión de servicios de manera flexible, dinámica y que facilitará la construcción de servicios mucho más complejos (la eterna promesa de computación distribuida inteligente ) Usando Servicios Web semánticos conseguiremos: - Selección e invocación de servicios de manera más automática - Que varios mensajes de distintos serviciso puedan interactuar o entenderse. - Composición de servicios de manera semi automática. V. REST / AJAX COMBO PARA LA INTERACCIÓN CLIENTE- SERVIDOR EN APLICACIONES WEB 2.0 Ajax es el acrónimo de Asynchronous JavaScript And XML (JavaScript asíncrono y XML). Es una técnica de desarrollo web para crear aplicaciones interactivas ó dinámicas y es en gran medida artífice de una pequeña revolución en internet. Estas aplicaciones se ejecutan en el navegador de los usuarios

4 4 mientras, en segundo plano, se mantiene la comunicación asíncrona con el servidor. Así pues, usando este método, se pueden realizar cambios sobre las páginas sin necesidad de recargarlas por completo, lo que significa aumentar la interactividad, velocidad y usabilidad en las aplicaciones. Ajax es una tecnología asíncrona, en el sentido de que los datos extra son pedidos al servidor y cargados en segundo plano, sin interferir con la visualización ni el comportamiento de la página. JavaScript es el lenguaje con el que se efectúan las funciones de llamada de Ajax mientras que el acceso a los datos se realiza mediante el objeto XMLHttpRequest. De cualquier manera, no es necesario que el contenido asíncrono esté en formato XML. Ajax es una técnica válida para múltiples plataformas y utilizable en muchos sistemas operativos y navegadores, dado que está basado en estándares abiertos como JavaScript y el DOM (Document Object Model). Una vez más se abre aquí una buena línea de investigación, por una parte AJX parece ser una solución óptima para la implementación de clientes de una aplicación web RESTful. Se pueden realizar interacciones complejas con los recursos del servidor a través del interfaz común que es HTTP. Pero, por otra parte, el uso de Ajax oculta la interacción con el servidor al usuario, que aunque a veces es el comportamiento buscado, quizás en un entorno REST no es lo más adecuado.ix Una de las ventajas de un sistema basado en REST es que el usuario es consciente de que está realizando una determinada acción sobre un determinado recurso (identificado a través de la URL). Un trozo de código de ajax ejecutado a destiempo o inconscientemente puede derivar a un acceso inconsistente a la información, limitando una de las ventajas REST. No obstante entendemos que para una arquitectura como la propuesta es una buena mejora a introducir. VI. INTERNET DE LOS SERVICIOS. SOA WEB 2.0 Cabe destacar en torno a este proyecto el concepto de Internet de los servicios, que surge como punto de intersección entre los paradigmas de la web 2.0 y el SOA. Figura 4: Arquitectura de la Internet de Servcios x debemos considerar complementaria a la filosofía, centrada en la tecnología, que define SOA, ya que ésta proporciona técnicas y principios de diseño que facilita el uso activo de servicios y recursos web x. VII. CONCLUSIONES Con la aparacición de nuevos dispositivos, o nuevas tecnologías, o nuevos servicios, se ha de replantear siempre las ideas preconcebidas de los sistemas existentes. Así pues, como hemos demostrado, lfrente a los mastodónticos y restringidos sistemas GIS de antaño, se abre ahora la posibilidad de tener un mundo Gis sobre la palma de la mano: dispositivos móviles, servidores de mapas, servicios de información la cultura digital 2.0 han revolucionado la forma de entender y usar el GIS. Frente a estos nuevos retos se han de buscar nuevas tecnologías que den respuesta a las necesidades surgidas. SOA + semántica, apoyados sobre los estándares existentes, forman un buen pack para dar solución a plataformas multidispositivos con servicios distribuidos. VIII. TRABAJO FUTURO El trabajo futuro a realizar no es baladí. EN primer lugar, más y más soportes físicos requieren de funcionalidad gis en entornos altamente cambiantes (véase sistemas basados en redes MANET donde la geolocalición y la fiabilidad pueden jugar un papel importante). Por otra parte los usuarios exigen cada vez más aplicaciones más interacción y versatilidad, los requisitos de accesibilidad se hacen cada vez más estrictos Habrá que integrar sistemas 3D en un futuro no muy lejano, y dotar de inteligencia a las aplicaciones. En redes vehiculares, los tiempos de respuesta serán prioritarios Muchos campos abiertos para muchas aplicaciones posibles. Todo un mundo por explorar, sin lugar a dudas. IX. RECONOCIMIENTOS Simplemente dar las gracias por el curso. Interesante y didáctico, a la par que relativamente entretenido. Gracias a Juan Ignacio y a Guillermo por tener paciencia con nosotros y por plantearnos por primera vez el hecho de descubrir una línea de investigación o una pregunta de tesis. Aún sigo trastocado desde aquel entonces no logro conciliar el sueño Gracias también obviamente a los compañeros con quien tantos artículos hemos discutido y comentado. X. REFERENCIAS i Towards the Improvement of the Software Quality: An Enterprise 2.0 Architecture for Distributed Software Developments Rafael Femandez, Javier Soriano, Xabier Larrucea, Andres Leonardo Martinezt, Jesus M. Gonzalez- Barahonat ii D.J.Abel, K.Taylor, R.AcklandS. Hungerford (1998). An exploration of GIS architectures for Internet Así pues, la web 2.0 incorpora una filosofía social que

5 5 environments.computers, Environment and Urban Systems, vol. 22, no. 1, pp iii Open source software approach for Internet GIS and its application Tan Jing, Xu Juan, Wan Li, 2008, Second International Symposium on Intelligent Information Technology Application iv An Investigation on Service-Oriented Architecture for Constructing Distributed Web GIS Application Xiaolin Lu, Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Services Computing (SCC 05) v Research on architecture for web services based uniform gis transportation information platform, Xiao-Lin Lu, Proceedings of the Fifth International Conference on Machine Learning and Cybernetics, Dalian, August 2006 vi vii en base al proyecto Linking Open Data : cts/linkingopendata viii Semantic Web Services, Part 1, David Martin, SRI International John Domingue, Knowledge Media Institute, Open Universityc ix Integration of REST style and AJAX technologies to build Web applications, P. Mazzetti, S. Nativi, A. Sacco, L. Bigagli x Web 2.0 and SOA: Converging Concepts Enabling the Internet of Services, Christoph Schroth and Till Janner, IT Pro, 2007

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