Querying property graphs with ontologies

Abstract

Bei Ontology-Mediated Querying fragen NutzerInnen Daten mit Hilfe einer Ontologie ab.Eine Ontologie bietet nicht nur ein Mittel, Daten aus heterogenen Quellen miteinander zu verbinden, sondern auch die Möglichkeit, bei unvollständigen Daten Schlüsse zu ziehen.Moderne Systeme erlauben NutzerInnen ihre Daten mit SPARQL 1.1 abzufragen, wobei davon ausgegangen wird, dass diese in einem relationalen Schema gespeichert sind.Obwohl diese Systeme von Graph-strukturierten Daten ausgehen, ermöglichen sie keine Abfragen mit Navigationsfunktionen.Unser Ziel ist es, NutzerInnen die Möglichkeit zu geben, eine Neo4j Property-Graph Datenbank mit Ontologien und einer Abfragesprache mit Navigationsfunktionen abzufragen.In unserer Arbeit diskutieren wir die Unterschiede in der Semantik zwischen SPARQL 1.1 und der Property-Graph Abfragesprache Cypher.Abfragen in unserem Framework sollen in Bezug auf eine gegebene Ontologie umschreibbar, und ihre Auswertung hinsichtlich der Datenkomplexität praktisch ausführbar sein.Wir schlagen ein Framework für die Abfrage von Neo4j Property-Graphen mit Ontologien vor.Darüber hinaus definieren wir Bedingungen, die sicherstellen, dass die Antworten in den betrachteten Abfragesprachen übereinstimmen.Unsere Arbeit umfasst auch eine neue Umschreibetechnik für Abfragen in unserem Framework.Weiters zeigen wir, dass unsere Umschreibung vollständig und korrekt ist und dass die Beantwortung von Abfragen praktisch umsetzbar ist.Abschließend stellen wir eine Implementierung unserer Umschreibung vor und diskutieren die Realisierbarkeit unseres Ansatzes anhand eines Anwendungsfalls aus dem Bereich des autonomen Fahrens, der von der Virtual Vehicle Research GmbH bereitgestellt wurde.Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Abfrage von Property-Graphen mit Ontologien in der Praxis realisierbar ist.Darüber hinaus zeigt sich, dass wir Property-Graph Datenbankmanagementsysteme nutzen können, um Navigationsabfragen in Bezug auf Ontologien zu beantworten.

In ontology-mediated querying, users query their data by the means of an ontology.Not only does an ontology provide a means to connect data from heterogeneous sources together, but also a way to reason about incompleteness in the data.State of the art systems allow users to query their data with SPARQL 1.1, which is assumed to be stored in a relational schema.Despite the fact that these systems assume graph-structured data, they do not facilitate querying with navigational features.We aim to enable users to query a Neo4j property graph database with ontologies and navigational features in the query language.In our work, we discuss the differences in semantics between SPARQL 1.1 and the property graph query language Cypher.Finally, queries in our framework should be rewritable with respect to an input ontology, and evaluating them should be tractable in data complexity.We propose a framework for querying Neo4j property graphs with ontologies.Further, we define conditions which ensure that the answers given by the query languages under consideration coincide.Our work also includes a novel rewriting technique for queries in our framework.In addition, we show that our rewriting is complete and correct, and query answering is feasible.Finally, we present an implementation of our rewriting and discuss the viability of our approach based on a use case from the autonomous driving industry, provided by Virtual Vehicle Research GmbH.Our results indicate that querying of property graphs with ontologies is viable in practice.Furthermore, it shows that we can make use of the property graph database management system to answer navigational queries with regard to ontologies.