The CHORCH Approach: How to Model B2Bi Choreographies for Orchestration Execution

The establishment and implementation of cross-organizational business processes is an implication of today's market pressure for efficiency gains. In this context, Business-To-Business integration (B2Bi) focuses on the information integration aspects of business processes. A core task of B2Bi is providing adequate models that capture the message exchanges between integration partners. Following the terminology used in the SOA domain, such models will be called choreographies in the context of this work. Despite the enormous economic importance of B2Bi, existing choreography languages fall short of fulfilling all relevant requirements of B2Bi scenarios. Dedicated B2Bi choreography standards allow for inconsistent outcomes of basic interactions and do not provide unambiguous semantics for advanced interaction models. In contrast to this, more formal or technical choreography languages may provide unambiguous modeling semantics, but do not offer B2Bi domain concepts or an adequate level of abstraction. Defining valid and complete B2Bi choreography models becomes a challenging task in the face of these shortcomings. At the same time, invalid or underspecified choreography definitions are particularly costly considering the organizational setting of B2Bi scenarios. Models are not only needed to bridge the typical gap between business and IT, but also as negotiation means among the business users of the integration partners on the one hand and among the IT experts of the integration partners on the other. Misunderstandings between any two negotiation partners potentially affect the agreements between all other negotiation partners. The CHORCH approach offers tailored support for B2Bi by combining the strengths of both dedicated B2Bi standards and formal rigor. As choreography specification format, the ebXML Business Process Specification Schema (ebBP) standard is used. ebBP provides dedicated B2Bi domain concepts such as so-called BusinessTransactions (BTs) that abstractly specify the exchange of a request business document and an optional response business document. In addition, ebBP provides a format for specifying the sequence of BT executions for capturing complex interaction scenarios. CHORCH improves the offering of ebBP in several ways. Firstly, the execution model of BTs which allows for inconsistent outcomes among the integration partners is redefined such that only consistent outcomes are possible. Secondly, two binary choreography styles are defined as B2Bi implementation contract format in order to streamline implementation projects. Both choreography styles are formalized and provided with a formal execution semantics for ensuring unambiguity. In addition, validity criteria are defined that ensure implementability using BPEL-based orchestrations. Thirdly, the analysis of the synchronization dependencies of complex B2Bi scenarios is supported by means of a multi-party choreography style combined with an analysis framework. This choreography style also is formalized and standard state machine semantics are reused in order to ensure unambiguity. Moreover, validity criteria are defined that allow for analyzing corresponding models for typical multi-party choreography issues. Altogether, CHORCH provides choreography styles that are B2Bi adequate, simple, unambiguous, and implementable. The choreography styles are B2Bi adequate in providing B2Bi domain concepts, in abstracting from low-level implementation details and in covering the majority of real-world B2Bi scenarios. Simplicity is fostered by using state machines as underlying specification paradigm. This allows for thinking in the states of a B2Bi scenario and for simple control flow structures. Unambiguity is provided by formal execution semantics whereas implementability (for the binary choreography styles) is ensured by providing mapping rules to BPEL-based implementations. The validation of CHORCH's choreography styles is performed in a twofold way. Firstly, the implementation of the binary choreography styles based on Web Services and BPEL technology is demonstrated which proves implementability using relatively low-cost technologies. Moreover, the analysis algorithms for the multi-party choreography styles are validated using a Java-based prototype. Secondly, an abstract visualization of the choreography styles based on BPMN is provided that abstracts from the technicalities of the ebBP standard. This proves the amenability of CHORCH to development methods that start out with visual models. CHORCH defines how to use BPMN choreographies for the purpose of B2Bi choreography modeling and translates the formal rules for choreography validity into simple composition rules that demonstrate valid ways of connecting the respective modeling constructs. In summary, CHORCH allows integration partners to start out with a high-level visual model of their interactions in BPMN that identifies the types and sequences of the BusinessTransactions to be used. For multi-party choreographies, a framework for analyzing synchronization dependencies then is available. For binary choreographies, an ebBP refinement can be derived that fills in the technical parameters that are needed for deriving the implementation. Finally, Web Services and BPEL based implementations can be generated. Thus, CHORCH allows for stepwise closing the semantic gap between the information perspective of business process models and the corresponding implementations. It is noteworthy that CHORCH uses international standards throughout all relevant layers, i.e., BPMN, ebBP, Web Services and BPEL, which helps in bridging the heterogeneous IT landscapes of B2Bi partners. In addition, the adoption of core CHORCH deliverables as international standards of the RosettaNet community give testament to the practical relevance and promise dissemination throughout the B2Bi community.Betriebsübergreifende Geschäftsprozessintegration ist eine logische Konsequenz allgegenwärtigen Wettbewerbsdrucks. In diesem Kontext fokussiert Business-To-Business integration (B2Bi) auf die Informationsaustausche zwischen Unternehmen. Eine B2Bi-Kernanforderung ist die Bereitstellung adäquater Modelle zur Spezifikation der Nachrichtenaustausche zwischen Integrationspartnern. Diese werden im Rahmen dieser Arbeit in Anlehnung an Service-orientierte Architekturen (SOA)-Terminologie Choreographien genannt. Bestehende Choreographiesprachen decken die Anforderungen an B2Bi-Choreographien nicht vollständig ab. Dedizierte B2Bi-Choreographiestandards definieren inkonsistente Austauschprozeduren für grundlegende Interaktionen und nur unvollständige Semantiken für fortgeschrittene Interaktionen. Formale oder Technik-getriebene Choreographiesprachen bieten die benötigte Präzision, lassen aber Domänenkonzepte vermissen oder operieren auf einer niedrigen Abstraktionsebene. Angesichts solcher Mängel wird die Spezifikation valider und vollständiger B2Bi-Choreographien zu einer echten Herausforderung. Gleichzeitig sind mangelhafte Choreographiemodelle gerade im B2Bi-Bereich besonders problematisch, da diese nicht nur zwischen Fach- und IT-Abteilung, sondern auch über Unternehmensgrenzen hinweg eingesetzt werden. Der CHORCH-Ansatz schafft an dieser Stelle mittels maßgeschneiderter Choreographien Abhilfe, welche die Vorteile von B2Bi-Choreographien und von formalen Ansätzen kombinieren. Als Ausgangspunkt wird das ebXML Business Process Specification Schema (ebBP) verwendet, das als B2Bi-Choreographiestandard Domänenkonzepte wie zum Beispiel sogenannte BusinessTransactions (BTs) bietet. Eine BT ist der Basisbaustein von B2Bi-Choreographien und spezifiziert den Austausch eines Geschäftsdokuments sowie eines optionalen Antwortdokuments. Darüber hinaus bietet ebBP ein Format zur Spezifikation von BT-Kompositionen zur Unterstützung komplexer Interaktionen. CHORCH erweitert ebBP wie folgt. Erstens, das Ausführungsmodell für BTs wird neu definiert, um inkonsistente Ergebniszustände zu eliminieren. Zweitens, für Entwicklungsprojekte werden zwei binäre Choreographieklassen definiert, die als B2Bi-Implementierungskontrakt dienen sollen. Die Formalisierung beider Klassen sowie formale operationale Semantiken gewährleisten Eindeutigkeit, während Validitätskriterien die Ausführbarkeit entsprechender Modelle mittels BPEL-basierter Orchestrationen garantieren. Drittens, zur Analyse der Synchronisationsbeziehungen komplexer B2Bi-Szenarien wird eine Multi-Party-Choreographieklasse nebst Analyseframework definiert. Wiederum wird für diese Klasse eine Formalisierung definiert, die mittels Standard-Zustandsautomatensemantik Eindeutigkeit gewährleistet. Ferner garantieren Validitätskriterien die Anwendbarkeit der definierten Analysealgorithmen. Insgesamt bieten die Choreographieklassen des CHORCH-Ansatzes ein B2Bi-adäquates, einfaches, eindeutiges und implementierbares Modell der Nachrichtenaustausche zwischen B2Bi-Partnern. B2Bi-Adäquatheit wird durch Verwendung von B2Bi-Domänenkonzepten, Abstraktion von rein technischen Kommunikationsdetails und Abdeckung der meisten praktisch relevanten B2Bi-Szenarien gewährleistet. Einfachheit ist ein Ausfluss der Verwendung eines Zustandsmaschinen-basierten Modellierungsparadigmas, das die Definition des Interaktionsfortschritts in Form von Zuständen sowie einfache Kontrollflussstrukturen ermöglicht. Eindeutigkeit wird durch die Verwendung formaler Semantiken garantiert, während Implementierbarkeit (für die beiden binären Choreographieklassen) durch Angabe von Mapping-Regeln auf BPEL-Orchestrationen sichergestellt wird. Die Validierung der CHORCH-Choreographieklassen erfolgt in zweierlei Hinsicht. Erstens, die Implementierbarkeit der binären Choreographieklassen mit Hilfe von Web Services und BPEL wird durch die Definition entsprechender Mappingregeln belegt. Weiterhin wird das Analyseframework der Multi-Party-Choreographieklasse als Java-Prototyp implementiert. Zweitens, für alle Choreographieklassen wird eine abstrakte Visualisierung auf BPMN-Basis definiert, die von diversen technischen Parametern des ebBP-Formats abstrahiert. Damit wird die Integrierbarkeit der CHORCH-Choreographieklassen in Entwicklungsansätze, die ein visuelles Modell als Ausgangspunkt vorsehen, belegt. CHORCH definiert, wie sogenannte BPMN-Choreographien zum Zweck der B2Bi-Choreographiemodellierung zu verwenden sind und übersetzt die Validitätskriterien der CHORCH-Choreographieklassen in einfache Modell-Kompositionsregeln. In seiner Gesamtheit bietet CHORCH somit einen Ansatz, mit Hilfe dessen B2Bi-Partner zunächst die Typen und zulässigen Reihenfolgen ihrer Geschäftsdokumentaustausche auf Basis eines abstrakten visuellen BPMN-Modells identifizieren können. Im Fall von Multi-Party-Choreographien steht dann ein Framework zur Analyse der Synchronisationsbeziehungen zwischen den Integrationspartnern zur Verfügung. Im Fall von binären Choreographien können ebBP-Verfeinerungen abgeleitet werden, welche die Modelle um technische Parameter anreichern, die zur Ableitung einer Implementierung benötigt werden. Diese ebBP-Modelle sind in Web Services- und BPEL-basierte Implementierungen übersetzbar. Damit erlaubt CHORCH die schrittweise Überbrückung der semantischen Lücke zwischen der Informationsaustauschperspektive von Geschäftsprozessmodellen und den zugehörigen Implementierungen. Ein beachtenswerter Aspekt des CHORCH-Ansatzes ist die Verwendung einschlägiger internationaler Standards auf allen Abstraktionsebenen, im Einzelnen BPMN, ebBP, Web Services und BPEL. Die Verwendung von Standards trägt dem heterogenen Umfeld von B2Bi-Szenarien Rechnung. Zusätzlich wurden Kernergebnisse des CHORCH-Ansatzes als internationale Standards der RosettaNet-B2Bi-Community veröffentlicht. Dies belegt die praktische Relevanz des Ansatzes und fördert die Verbreitung innerhalb der B2Bi-Community

Orchestration de web services fiables

L’Informatique Orienté Services représente un paradigme pour construire des applications distribuées sur Internet. L’Architecture Orientée Services(SOA) est un style architectural qui permet le développement de ces applications à base de services. Au cours de la dernière décennie, l’orchestration des services Web est devenue un domaine très actif dans la recherche scientifique et académique. Bien que de nombreux défis liés à l’orchestration aient été abordés, la fiabilité de l’orchestration et de sa vérification restent encore un sujet ouvert, prérequis et important de fait que ces orchestrations affectent aujourd’hui plusieurs activités quotidiennes. Cette thèse focalise sur le sujet d’orchestration des Services Web Fiables. En particulier, elle contribue avec un ensemble d’approches, de techniques et d’outils pour améliorer la sélection et l’orchestration des services web fiables. Premièrement, elle affine les phases du cycle de vie d’orchestration de services web afin d’assurer une vérification continuée de fiabilité lors des phases de conception et d’exécution. En outre, elle propose une architecture conceptuelle basée sur un registre de service amélioré, pour la mise en œuvre d’orchestrations fiables. Deuxièmement, elle présente une approche de mesure de similarité entre les services web. L’approche repose sur la comparaison des interfaces WSDL de services. L’approche sert à identifier les relations de similarité, de substituabilité et de composabilité entre services. L’outil WSSIM a été développé pour mettre en œuvre l’approche proposée. Pour validation, l’outil a été expérimenté avec un ensemble important de services web réels. Troisièmement, la thèse contribue avec une approche pour l’identification des substituts de services simples et complexes. L’approche utilise les techniques de mesure de similarité, la classification de service avec FCA et l’analyse de fiabilité pour identifier et sélectionner les meilleures substitutes. Un ensemble d’algorithmes aient été proposés pour décrire le processus d’identification. Quatrièmement, pour examiner la réputation des services comme un autre critère de fiabilité, la thèse introduit un Framework et un modèle mathématique pour la gestion de réputation de service We

ACTAS: Adaptive Composition and Trading with Agents for Services

Mainly in business domains, the vision of gaining flexible, adaptive service environments is based on the standardization and practical proliferation of (Semantic) Web Services, ontologies, and agents. The standards of Web Services and their Service-oriented Architectures (SOA) became the standard paradigm for software component integration. Dynamic changes and the permanently increasing amount of available e-services of different domains are a challenge of Service Discovery and Composition. Mediation between different approaches and expert knowledge is often necessary for the composition of services of different domains. Semantic enhancements, Autonomic Service Discovery, and the research for more holistic concepts for the classification of e-services are current attempts of overcoming this challenge, in order to reach the ultimate goal of Autonomic SOC

On the Development and Management of Adaptive Business Collaborations.

Today’s business climate demands a high rate of change with which Information Technology (IT)-minded organizations are required to cope. Organizations face rapidly changing market conditions, new competitive pressures, new regulatory fiats that demand compliance, and new competitive threats. All of these situations and more drive the need for the IT infrastructure of an organization to respond quickly in support of new business models and requirements. This dissertation studies the adaptive development and management of such dynamic business models and requirements. A rule based environment is developed in which the people who develop and manage business collaborations in organizations can do so in a way that is as independent of specific implementation technologies as possible; and where they can take business requirements into consideration, and in which they can respond to changes as effectively as possible.

Application of service composition mechanisms to Future Networks architectures and Smart Grids

Aquesta tesi gira entorn de la hipòtesi de la metodologia i mecanismes de composició de serveis i com es poden aplicar a diferents camps d'aplicació per a orquestrar de manera eficient comunicacions i processos flexibles i sensibles al context. Més concretament, se centra en dos camps d'aplicació: la distribució eficient i sensible al context de contingut multimèdia i els serveis d'una xarxa elèctrica intel·ligent. En aquest últim camp es centra en la gestió de la infraestructura, cap a la definició d'una Software Defined Utility (SDU), que proposa una nova manera de gestionar la Smart Grid amb un enfocament basat en programari, que permeti un funcionament molt més flexible de la infraestructura de xarxa elèctrica. Per tant, revisa el context, els requisits i els reptes, així com els enfocaments de la composició de serveis per a aquests camps. Fa especial èmfasi en la combinació de la composició de serveis amb arquitectures Future Network (FN), presentant una proposta de FN orientada a serveis per crear comunicacions adaptades i sota demanda. També es presenten metodologies i mecanismes de composició de serveis per operar sobre aquesta arquitectura, i posteriorment, es proposa el seu ús (en conjunció o no amb l'arquitectura FN) en els dos camps d'estudi. Finalment, es presenta la investigació i desenvolupament realitzat en l'àmbit de les xarxes intel·ligents, proposant diverses parts de la infraestructura SDU amb exemples d'aplicació de composició de serveis per dissenyar seguretat dinàmica i flexible o l'orquestració i gestió de serveis i recursos dins la infraestructura de l'empresa elèctrica.Esta tesis gira en torno a la hipótesis de la metodología y mecanismos de composición de servicios y cómo se pueden aplicar a diferentes campos de aplicación para orquestar de manera eficiente comunicaciones y procesos flexibles y sensibles al contexto. Más concretamente, se centra en dos campos de aplicación: la distribución eficiente y sensible al contexto de contenido multimedia y los servicios de una red eléctrica inteligente. En este último campo se centra en la gestión de la infraestructura, hacia la definición de una Software Defined Utility (SDU), que propone una nueva forma de gestionar la Smart Grid con un enfoque basado en software, que permita un funcionamiento mucho más flexible de la infraestructura de red eléctrica. Por lo tanto, revisa el contexto, los requisitos y los retos, así como los enfoques de la composición de servicios para estos campos. Hace especial hincapié en la combinación de la composición de servicios con arquitecturas Future Network (FN), presentando una propuesta de FN orientada a servicios para crear comunicaciones adaptadas y bajo demanda. También se presentan metodologías y mecanismos de composición de servicios para operar sobre esta arquitectura, y posteriormente, se propone su uso (en conjunción o no con la arquitectura FN) en los dos campos de estudio. Por último, se presenta la investigación y desarrollo realizado en el ámbito de las redes inteligentes, proponiendo varias partes de la infraestructura SDU con ejemplos de aplicación de composición de servicios para diseñar seguridad dinámica y flexible o la orquestación y gestión de servicios y recursos dentro de la infraestructura de la empresa eléctrica.This thesis revolves around the hypothesis the service composition methodology and mechanisms and how they can be applied to different fields of application in order to efficiently orchestrate flexible and context-aware communications and processes. More concretely, it focuses on two fields of application that are the context-aware media distribution and smart grid services and infrastructure management, towards a definition of a Software-Defined Utility (SDU), which proposes a new way of managing the Smart Grid following a software-based approach that enable a much more flexible operation of the power infrastructure. Hence, it reviews the context, requirements and challenges of these fields, as well as the service composition approaches. It makes special emphasis on the combination of service composition with Future Network (FN) architectures, presenting a service-oriented FN proposal for creating context-aware on-demand communication services. Service composition methodology and mechanisms are also presented in order to operate over this architecture, and afterwards, proposed for their usage (in conjunction or not with the FN architecture) in the deployment of context-aware media distribution and Smart Grids. Finally, the research and development done in the field of Smart Grids is depicted, proposing several parts of the SDU infrastructure, with examples of service composition application for designing dynamic and flexible security for smart metering or the orchestration and management of services and data resources within the utility infrastructure

Portability of Process-Aware and Service-Oriented Software: Evidence and Metrics

Modern software systems are becoming increasingly integrated and are required to operate over organizational boundaries through networks. The development of such distributed software systems has been shaped by the orthogonal trends of service-orientation and process-awareness. These trends put an emphasis on technological neutrality, loose coupling, independence from the execution platform, and location transparency. Execution platforms supporting these trends provide context and cross-cutting functionality to applications and are referred to as engines. Applications and engines interface via language standards. The engine implements a standard. If an application is implemented in conformance to this standard, it can be executed on the engine. A primary motivation for the usage of standards is the portability of applications. Portability, the ability to move software among different execution platforms without the necessity for full or partial reengineering, protects from vendor lock-in and enables application migration to newer engines. The arrival of cloud computing has made it easy to provision new and scalable execution platforms. To enable easy platform changes, existing international standards for implementing service-oriented and process-aware software name the portability of standardized artifacts as an important goal. Moreover, they provide platform-independent serialization formats that enable the portable implementation of applications. Nevertheless, practice shows that service-oriented and process-aware applications today are limited with respect to their portability. The reason for this is that engines rarely implement a complete standard, but leave out parts or differ in the interpretation of the standard. As a consequence, even applications that claim to be portable by conforming to a standard might not be so. This thesis contributes to the development of portable service-oriented and process-aware software in two ways: Firstly, it provides evidence for the existence of portability issues and the insufficiency of standards for guaranteeing software portability. Secondly, it derives and validates a novel measurement framework for quantifying portability. We present a methodology for benchmarking the conformance of engines to a language standard and implement it in a fully automated benchmarking tool. Several test suites of conformance tests for two different languages, the Web Services Business Process Execution Language 2.0 and the Business Process Model and Notation 2.0, allow to uncover a variety of standard conformance issues in existing engines. This provides evidence that the standard-based portability of applications is a real issue. Based on these results, this thesis derives a measurement framework for portability. The framework is aligned to the ISO/IEC Systems and software Quality Requirements and Evaluation method, the recent revision of the renowned ISO/IEC software quality model and measurement methodology. This quality model separates the software quality characteristic of portability into the subcharacteristics of installability, adaptability, and replaceability. Each of these characteristics forms one part of the measurement framework. This thesis targets each characteristic with a separate analysis, metrics derivation, evaluation, and validation. We discuss existing metrics from the body of literature and derive new extensions speciffically tailored to the evaluation of service-oriented and process-aware software. Proposed metrics are defined formally and validated theoretically using an informal and a formal validation framework. Furthermore, the computation of the metrics has been prototypically implemented. This implementation is used to evaluate metrics performance in experiments based on large scale software libraries obtained from public open source software repositories. In summary, this thesis provides evidence that contemporary standards and their implementations are not sufficient for enabling the portability of process-aware and service-oriented applications. Furthermore, it proposes, validates, and practically evaluates a framework for measuring portability