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Adaptive Service Composition in a Semantics-based Interoperability Infrastructure
Flügge, Matthias
Für den Aufbau flexibler und interoperabler IT-Infrastrukturen nutzen Unternehmen zunehmend das Konzept der Service-orientierten Architektur (SOA) und dessen Implementierung in Gestalt von Web-Services. Web-Services sind eigenständige plattformunabhängige Komponenten auf der Abstraktionsebene von konkreten Geschäftsfunktionalitäten. Die grundlegende Idee ist es, organisationsübergreifende Geschäftsprozesse durch die Komposition von Diensten zu unterstützen. Die Standards im Bereich Web-Services definieren zwar die syntaktischen Konventionen für die Interaktion mit einem Dienst, sie sind jedoch nicht mit einer formal definierten Semantik hinterlegt. Der Mangel an semantischer Ausdrucksfähigkeit macht menschliche Interaktion erforderlich, um die von einem Web-Service erbrachte Funktionalität zu verstehen. Dem nahtlosen Zusammenspiel von Web-Services im Rahmen eines Prozesses geht üblicherweise ein erheblicher manueller Integrationsaufwand voran. Mit dem Aufkommen des Semantic Web und der Vision, die Bedeutung von Web-Ressourcen für Maschinen verständlich zu machen, hat sich die Forschungsgemeinschaft in verschiedenen Aktivitäten mit der semantischen Beschreibung von Web-Services auseinandergesetzt. Die Integration von Diensten soll von der syntaktischen auf die konzeptionelle Ebene gehoben werden, um den Automatisierungsgrad im Web-Service-Lebenszyklus zu erhöhen. Ein entscheidender Erfolgsfaktor für das Semantic Web ist, dass es auf dem bereits bestehenden World Wide Web aufsetzt. Hinsichtlich der Komposition von Web-Services wurde diese Strategie jedoch nicht konsequent verfolgt. Für die Komposition von Diensten bieten Web-Service-Ontologien eigene Spezifikationen, die in der Industrie jedoch kaum Beachtung finden. Bekannte und etablierte Standards, wie z.B. die Business Process Execution Language (BPEL), unterstützen hingegen nicht nativ die Komposition von semantischen Web-Services. Die in der vorliegenden Arbeit präsentierten Ergebnisse tragen dazu bei, diese konzeptionelle Lücke zu schließen. Der vorgestellte Ansatz und die vorgestellte Architektur nutzen semantische Dienstbeschreibungen, um die Modellierung von Web-Service-Prozessen zu vereinfachen und die Interoperabilität der zur Ausführungszeit eines Prozesses gebundenen Dienste zu gewährleisten. Auf diese Weise werden Anbieter von komponierten Diensten befähigt, sich besser an ein dynamisches Marktumfeld anzupassen. Durch die BPEL-konforme Repräsentation der modellierten Prozesse wird eine Brücke zwischen bereits etablierten Web-Service-Standards und den aufkommenden Technologien des Semantic Web geschlagen. Zentrales Element des Ansatzes ist das Konzept der „Semantic Activity Components“. Dabei handelt es sich um abstrakte funktionale Bausteine, die einen hochgradig hybriden Charakter aufweisen und dadurch die simultane Modellierung eines Prozesses auf konzeptioneller und auf technischer Ebene ermöglichen. Auf diese Weise wird das grundlegende Ziel Service-orientierter Architekturen adressiert, die IT-Prozesse eng an den Geschäftsprozessen auszurichten. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben zu der Entwicklung einer auf semantischen Technologien basierenden Interoperabilitäts-Infrastruktur für Web-Services beigetragen. Als Teil dieser Infrastruktur wurde ein integriertes Toolkit für die Komposition von Diensten entwickelt. Das Toolkit unterstützt den gesamten Kompositionsprozess, angefangen bei der Definition von abstrakten Geschäftsfunktionalitäten, über deren semi-automatische Integration in einen BPEL-Prozess, bis hin zur Konfiguration des Prozesses und dessen Bereitstellung als Web-Service.
In order to set up flexible and interoperable IT infrastructures businesses increasingly adopt the service-oriented architecture (SOA) concept and its implementation in the form of Web services. Web services are self-contained platform-independent components on the abstraction level of concrete business activities. The idea is to implement (cross-organisational) business processes as a composition of services. While common Web service standards define syntactic conventions in terms of how to interact with a service, they are not backed by formally defined semantics. Due to this lack of semantic expressiveness human interaction is necessary in order to understand the functionality a service provides. Moreover, the smooth interaction of Web services as part of a process usually requires considerable manual integration efforts. With the advent of the Semantic Web and its vision to make the meaning of Web resources understandable to machines, the research community spawned several activities towards semantically described Web services. The idea behind this is to shift the integration of services from the syntactical to the conceptual level and to increase the achievable degree of automation in the Web service management life-cycle. It has been recognized that in order to succeed, the Semantic Web needs to be built on top of the already existing and operating World Wide Web. However, with regard to the composition of services this strategy has not been consistently followed. Popular Web service ontologies come with their own dedicated service composition specifications which have so far not been adopted by industry. On the other hand, well established composition standards, such as the Business Process Execution Language (BPEL), do not natively support Semantic Web services. The work presented in this thesis contributes to the closing of this gap. The proposed approach and architecture exploit formally defined Web service semantics in order to improve automation and interoperation in the design and execution of service compositions. This enables service retailers to rapidly adapt to changing market conditions. By using BPEL as the underlying process representation language, a bridge is being built between existing Web service standards and emerging Semantic Web technologies. A key element of the proposed approach is the concept of semantic activity components which are abstract functional building blocks that are highly hybrid in character. Semantic activity components enable the simultaneous composition of a process on the conceptual and on the technical level, thus contributing to the fundamental goal of SOA: to reduce the gap between IT and business. The results of this work contributed to the development of an open semantics-based interoperability infrastructure for Web services. As part of this infrastruture an integrated service composition toolchain has been developed. The toolchain covers the complete composition life-cycle starting from the definition of abstract business functionalities to their semi-automatic integration into a BPEL process, the configuration of the process and its deployment as a Web service.
