Applications of Blockchain in Business Processes: A Comprehensive Review

Blockchain (BC), as an emerging technology, is revolutionizing Business Process Management (BPM) in multiple ways. The main adoption is to serve as a trusted infrastructure to guarantee the trust of collaborations among multiple partners in trustless environments. Especially, BC enables trust of information by using Distributed Ledger Technology (DLT). With the power of smart contracts, BC enforces the obligations of counterparties that transact in a business process (BP) by programming the contracts as transactions. This paper aims to study the state-of-the-art of BC technologies by (1) exploring its applications in BPM with the focus on how BC provides the trust of BPs in their lifecycles; (2) identifying the relations of BPM as the need and BC as the solution with the assessment towards BPM characteristics; (3) discussing the up-to-date progresses of critical BC in BPM; (4) identifying the challenges and research directions for future advancement in the domain. The main conclusions of our comprehensive review are (1) the study of adopting BC in BPM has attracted a great deal of attention that has been evidenced by a rapidly growing number of relevant articles. (2) The paradigms of BPM over Internet of Things (IoT) have been shifted from persistent to transient, from static to dynamic, and from centralized to decentralized, and new enabling technologies are highly demanded to fulfill some emerging functional requirements (FRs) at the stages of design, configuration, diagnosis, and evaluation of BPs in their lifecycles. (3) BC has been intensively studied and proven as a promising solution to assure the trustiness for both of business processes and their executions in decentralized BPM. (4) Most of the reported BC applications are at their primary stages, future research efforts are needed to meet the technical challenges involved in interoperation, determination of trusted entities, confirmation of time-sensitive execution, and support of irreversibility

BlogForever D3.2: Interoperability Prospects

This report evaluates the interoperability prospects of the BlogForever platform. Therefore, existing interoperability models are reviewed, a Delphi study to identify crucial aspects for the interoperability of web archives and digital libraries is conducted, technical interoperability standards and protocols are reviewed regarding their relevance for BlogForever, a simple approach to consider interoperability in specific usage scenarios is proposed, and a tangible approach to develop a succession plan that would allow a reliable transfer of content from the current digital archive to other digital repositories is presented

Geospatial Data Management Research: Progress and Future Directions

Without geospatial data management, today´s challenges in big data applications such as earth observation, geographic information system/building information modeling (GIS/BIM) integration, and 3D/4D city planning cannot be solved. Furthermore, geospatial data management plays a connecting role between data acquisition, data modelling, data visualization, and data analysis. It enables the continuous availability of geospatial data and the replicability of geospatial data analysis. In the first part of this article, five milestones of geospatial data management research are presented that were achieved during the last decade. The first one reflects advancements in BIM/GIS integration at data, process, and application levels. The second milestone presents theoretical progress by introducing topology as a key concept of geospatial data management. In the third milestone, 3D/4D geospatial data management is described as a key concept for city modelling, including subsurface models. Progress in modelling and visualization of massive geospatial features on web platforms is the fourth milestone which includes discrete global grid systems as an alternative geospatial reference framework. The intensive use of geosensor data sources is the fifth milestone which opens the way to parallel data storage platforms supporting data analysis on geosensors. In the second part of this article, five future directions of geospatial data management research are presented that have the potential to become key research fields of geospatial data management in the next decade. Geo-data science will have the task to extract knowledge from unstructured and structured geospatial data and to bridge the gap between modern information technology concepts and the geo-related sciences. Topology is presented as a powerful and general concept to analyze GIS and BIM data structures and spatial relations that will be of great importance in emerging applications such as smart cities and digital twins. Data-streaming libraries and “in-situ” geo-computing on objects executed directly on the sensors will revolutionize geo-information science and bridge geo-computing with geospatial data management. Advanced geospatial data visualization on web platforms will enable the representation of dynamically changing geospatial features or moving objects’ trajectories. Finally, geospatial data management will support big geospatial data analysis, and graph databases are expected to experience a revival on top of parallel and distributed data stores supporting big geospatial data analysis

Assessing and Improving Interoperability of Distributed Systems

Interoperabilität von verteilten Systemen ist eine Grundlage für die Entwicklung von neuen und innovativen Geschäftslösungen. Sie erlaubt es existierende Dienste, die auf verschiedenen Systemen angeboten werden, so miteinander zu verknüpfen, dass neue oder erweiterte Dienste zur Verfügung gestellt werden können. Außerdem kann durch diese Integration die Zuverlässigkeit von Diensten erhöht werden. Das Erreichen und Bewerten von Interoperabilität stellt jedoch eine finanzielle und zeitliche Herausforderung dar. Zur Sicherstellung und Bewertung von Interoperabilität werden systematische Methoden benötigt. Um systematisch Interoperabilität von Systemen erreichen und bewerten zu können, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Prozess zur Verbesserung und Beurteilung von Interoperabilität (IAI) entwickelt. Der IAI-Prozess beinhaltet drei Phasen und kann die Interoperabilität von verteilten, homogenen und auch heterogenen Systemen bewerten und verbessern. Die Bewertung erfolgt dabei durch Interoperabilitätstests, die manuell oder automatisiert ausgeführt werden können. Für die Automatisierung von Interoperabilitätstests wird eine neue Methodik vorgestellt, die einen Entwicklungsprozess für automatisierte Interoperabilitätstestsysteme beinhaltet. Die vorgestellte Methodik erleichtert die formale und systematische Bewertung der Interoperabilität von verteilten Systemen. Im Vergleich zur manuellen Prüfung von Interoperabilität gewährleistet die hier vorgestellte Methodik eine höhere Testabdeckung, eine konsistente Testdurchführung und wiederholbare Interoperabilitätstests. Die praktische Anwendbarkeit des IAI-Prozesses und der Methodik für automatisierte Interoperabilitätstests wird durch drei Fallstudien belegt. In der ersten Fallstudie werden Prozess und Methodik für Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS) Netzwerke instanziiert. Die Interoperabilität von IMS-Netzwerken wurde bisher nur manuell getestet. In der zweiten und dritten Fallstudie wird der IAI-Prozess zur Beurteilung und Verbesserung der Interoperabilität von Grid- und Cloud-Systemen angewendet. Die Bewertung und Verbesserung dieser Interoperabilität ist eine Herausforderung, da Grid- und Cloud-Systeme im Gegensatz zu IMS-Netzwerken heterogen sind. Im Rahmen der Fallstudien werden Möglichkeiten für Integrations- und Interoperabilitätslösungen von Grid- und Infrastructure as a Service (IaaS) Cloud-Systemen sowie von Grid- und Platform as a Service (PaaS) Cloud-Systemen aufgezeigt. Die vorgestellten Lösungen sind in der Literatur bisher nicht dokumentiert worden. Sie ermöglichen die komplementäre Nutzung von Grid- und Cloud-Systemen, eine vereinfachte Migration von Grid-Anwendungen in ein Cloud-System sowie eine effiziente Ressourcennutzung. Die Interoperabilitätslösungen werden mit Hilfe des IAI-Prozesses bewertet. Die Durchführung der Tests für Grid-IaaS-Cloud-Systeme erfolgte manuell. Die Interoperabilität von Grid-PaaS-Cloud-Systemen wird mit Hilfe der Methodik für automatisierte Interoperabilitätstests bewertet. Interoperabilitätstests und deren Beurteilung wurden bisher in der Grid- und Cloud-Community nicht diskutiert, obwohl sie eine Basis für die Entwicklung von standardisierten Schnittstellen zum Erreichen von Interoperabilität zwischen Grid- und Cloud-Systemen bieten.Achieving interoperability of distributed systems offers means for the development of new and innovative business solutions. Interoperability allows the combination of existing services provided on different systems, into new or extended services. Such an integration can also increase the reliability of the provided service. However, achieving and assessing interoperability is a technical challenge that requires high effort regarding time and costs. The reasons are manifold and include differing implementations of standards as well as the provision of proprietary interfaces. The implementations need to be engineered to be interoperable. Techniques that assess and improve interoperability systematically are required. For the assurance of reliable interoperation between systems, interoperability needs to be assessed and improved in a systematic manner. To this aim, we present the Interoperability Assessment and Improvement (IAI) process, which describes in three phases how interoperability of distributed homogeneous and heterogeneous systems can be improved and assessed systematically. The interoperability assessment is achieved by means of interoperability testing, which is typically performed manually. For the automation of interoperability test execution, we present a new methodology including a generic development process for a complete and automated interoperability test system. This methodology provides means for a formalized and systematic assessment of systems' interoperability in an automated manner. Compared to manual interoperability testing, the application of our methodology has the following benefits: wider test coverage, consistent test execution, and test repeatability. We evaluate the IAI process and the methodology for automated interoperability testing in three case studies. Within the first case study, we instantiate the IAI process and the methodology for Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS) networks, which were previously assessed for interoperability only in a manual manner. Within the second and third case study, we apply the IAI process to assess and improve the interoperability of grid and cloud computing systems. Their interoperability assessment and improvement is challenging, since cloud and grid systems are, in contrast to IMS networks, heterogeneous. We develop integration and interoperability solutions for grids and Infrastructure as a Service (IaaS) clouds as well as for grids and Platform as a Service (PaaS) clouds. These solutions are unique and foster complementary usage of grids and clouds, simplified migration of grid applications into the cloud, as well as efficient resource utilization. In addition, we assess the interoperability of the grid-cloud interoperability solutions. While the tests for grid-IaaS clouds are performed manually, we applied our methodology for automated interoperability testing for the assessment of interoperability to grid-PaaS cloud interoperability successfully. These interoperability assessments are unique in the grid-cloud community and provide a basis for the development of standardized interfaces improving the interoperability between grids and clouds

Modeling and verification of web service composition based interorganizational workflows

Interorganisationale Workflows sind Arbeitsabläufe, welche die Grenzen einer Organisation verlassen und einen Rahmen für Kooperationen der verschiedenen autonomen Organisationen zur Verfügung stellen. Ein wichtiger Punkt für den Entwurf solcher Workflows ist die Balance zwischen Offenheit und Abgrenzung, wobei erstere für Kooperationen und letztere die für den Schutz von Know-how benötigt wird. Workflow Sichten stellen ein effizientes Werkzeug für diesen Zweck zur Verfügung. Durch Offenlegung von bestimmten Teilen eines Prozesses, können Organisationen sowohl kooperieren als auch das Know-how schützen. Diese Dissertation präsentiert nun eine Methode für die korrekte Konstruktion von Workflow Sichten. Es wird angenommen, dass Organisationen Web Service orientierte Technologien zur Modellierung und Implementierung von interorganisationalen Workflows verwenden. Die Anwendung von Web Services bietet Organisationen viele Vorteile. Den eigentlichen Mehrwert von Web Services stellt aber die Kompositionsfähigkeit dar. Verfügbare Web Services können dadurch von anderen Choreographien und Orchestrationen (wieder-)verwendet werden. Die Notwendigkeit der Implementierung von Systemen von Null weg kann minimiert werden. Die zentralen Anforderungen sind einerseits eine Architektur mit adäquatem Potential, andererseits die Verifikation der Korrektheit. Diese Dissertation präsentiert nun eine Architektur zur Modellierung von Web Service Composition basierten interorganisationalen Workflows, genannt föderierte Choreographien, die verglichen mit anderen Architekturen verschiedene Vorteile anbieten. Darüber hinaus werden Algorithmen und Techniken zur Verifikation der strukturellen und temporalen Korrektheit vorgestellt. Strukturelle Korrektheit prüft, ob die Strukturen der beteiligten Prozesse zusammenpassen. Temporale Korrektheit überprüft, ob ein interorganisationaler Workflow, der aus mehreren Choreographien und Orchestrationen besteht hinsichtlich der lokalen und globalen Bedingungen fehlerfrei ist. Mit Hilfe dieser Techniken kann die strukturelle und temporale Konformität des Modells zur Designzeit überprüft werden. Falls das Modell nicht strukturell oder temporal konform ist, können nötige Änderungen durchgeführt werden, sodass die korrekte Ausführung zur Laufzeit garantiert werden kann. Die Überprüfung der Konformität zur Designzeit reduziert die Prozesskosten vor allem wegen den folgenden zwei Gründen: Erstens, die entdeckten Fehler zur Designzeit sind normalerweise billiger als jene, die zur Laufzeit entdeckt werden und zweitens, Fehlerbehandlungsmechanismen können verhindert werden, die wiederum Zusatzkosten verursachen. Zusätzlich zu der vorgestellten Architektur wird eine allgemeinere Architektur zusammen mit den passenden Konformitätsprüfungsalgorithmen präsentiert. Der Ansatz ist Platform- und sprachunabhängig und die Algorithmen sind verteilt.Interorganizational workflows are workflows that cross the boundaries of a single organization and provide a framework for cooperation of different autonomous organizations. An important issue when designing such workflows is the balance between the openness needed for cooperation and the privacy needed for protection of business know-how. Workflow views provide an efficient tool for this aim. By exposure of only selected parts of a process, organizations can both cooperate and protect their business logic. This dissertation presents a technique for a correct construction of workflow views. It is assumed that organizations and partners use web services and web service related technology to model and implement interorganizational workflows. Application of web services offers several advantages for organizations. The real surplus of web services is their capability of being composed to more complex systems. Available web services can be reused by other choreographies and orchestrations and the need for development of new systems from scratch can be minimized. The essential requirements are on the one hand an architecture with adequate capabilities and on the other hand, verification of correctness. This dissertation proposes an architecture for modeling web service composition based interorganizational workflows, called \emph{federated choreographies}, that provides several advantages compared to existing proposals. Moreover, algorithms and techniques for verification of structural and temporal correctness of interorganizational workflows are proposed. Structural conformance checks if the structures of the involved processes match. Temporal conformance checks if an interorganizational workflow composed of choreographies and orchestrations is temporally error-free with respect to local and global temporal constraints. The proposed algorithms can be applied for checking the structural and temporal conformance of the federated choreographies at design-time. If the model is not structurally or temporally conformant, necessary modifications can be done such that the correct execution of the flow at run-time can be guaranteed. The conformance checking at design time reduces the cost of process because of two reasons: first, errors detected at design time are normally cheaper than those detected at run time and second, exception handling mechanisms can be avoided which are, in turn, coupled with additional costs. In addition to the proposed architecture, a more general architecture together with the conformance checking algorithms and techniques for interorganizational workflows are presented. The presented approach is language and platform independent and algorithms work in a distributed manner