Service-Interoperabilität für naturwissenschaftliche Anwendungen : Identifikation und Anpassung von komponentenbasierten Service-Mediatoren

In der Softwareentwicklung wird die Serviceorientierung als neues Realisierungsparadigma propagiert. Sie erlaubt lose gekoppelte Services bedarfsbezogen in Workflows zu aggregieren. Hierbei ist die Überbrückung der Heterogenität dieser Services ein anerkanntes Problem von hohem wirtschaftlichem Interesse. Es besteht der Bedarf die Service-Interoperabilität weitestgehend automatisch herzustellen. In dieser Arbeit wurde ein Konzept für Service-Mediatoren entwickelt, die über eine offene und erweiterbare, software-unterstützte Prozedur (semi-)automatisch identifiziert und problembezogen in einen Workflow eingebettet werden können. Service-Mediatoren über\-brücken die Heterogenität der einzelnen Services und erzielen so die geforderte Service-Interoperabilität. Die offene Architektur und Entwicklung dieser Prozedur erlaubt erstmals die Vorteile gängiger Ansätze zu integrieren. Um einmal entwickelte Service-Mediatoren in verschiedenen Workflows einsetzen und wiederverwenden zu können, bedarf es ihrer gezielten Identifikation und Anpassung. Leider stellt gerade die Suche nach benötigten Service-Mediatoren ein besonders schwieriges Problem da. Dies gilt insbesondere, wenn erst mehrere geeignet verknüpfte Service-Mediatoren zusammen die Service-Interoperabilität erreichen und bereits bei der Suche diese Kombination identifiziert werden muss. Die Aspekte der Suche und der Anpassung erfordern eine Beschreibungssprache, die die Fähig\-keiten eines Service-Mediators sowohl syntaktisch als auch semantisch beschreiben kann. Mit der Mediator Profile Language (MPL) wurde eine derartige, auf OWL basierende Beschreibungssprache entwickelt, die die Grundlage des entworfenen Komponentenmodells der Service-Mediatoren bildet. Sie erlaubt u. a. die Beschreibung der Komposition mehrerer Service-Mediatoren, sowie deren Konfiguration über zustandsbehaftete Eigenschaftsfelder. Die semantische Annotation eines Service-Mediators geschieht hierbei über Konzepte einer Domänenontologie. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Matchmaking-Algorithmen zur Suche entwickelt, die eine Identifikation adäquater Service-Mediatoren und deren Komposition erlauben. Durch den Einsatz von Ontologien zur semantischen Annotation der Service-Mediatoren kann die Suche auch über rein syntaktische Merkmale hinaus durchgeführt werden. Trotz der den Servicebeschreibungen innewohnenden Unschärfe wurde ein Verfahren realisiert, welches die Servicebeschreibungen auf MPL abbildet und dabei eine automatische Annotation durch die Konzepte einer Ontologie vornimmt. Die Matchmaking-Algorithmen wurden auch auf das Problem der semantischen Suche nach Service-Operationen übertragen. Die entwickelten ontologiebasierten Matchmaking-Verfahren liefern im Vergleich zu Standard-IR-Techniken signifikant bessere Ergebnisse, wie durch entsprechende Benchmarks mit anschließender Messung von Precision und Recall gezeigt werden konnte.Service Interoperability for Science Applications - Identification and Adaptation of Component-Based Service MediatorsService-orientation is a new software paradigm for building distributed, component-based software. It allows the aggregation of loosely coupled services into value-added workflows. In this context the gap between heterogeneous services is an accepted problem with particular commercial interest. Thus, there is the need to create service interoperability semi-automatically. In this thesis the concept of service mediators is developed. Through a software-aided procedure service mediators are identified, adapted and integrated into workflows in order to bridge the heterogeneity of different services. Service mediators are software components realizing for instance transformation facilities. The open architecture of the developed procedure allows the integration of benefits from current approaches. The discovery of relevant service mediators is a difficult problem, especially if several service mediators have to be combined adequately to reach the desired service interoperability. One major challenge is that such compositions have to be identified during discovery. The discovery and adaptation phases of the software-aided procedure require a suitable description of the capabilities of service mediators. Such a description should contain both syntactical and semantical information. The OWL-based Mediator Profile Language (MPL) addresses these issues. MPL permits among other things the description of compositions of service mediators as well as their customization by stateful properties. Semantical information is assigned by concepts of a domain ontology. In this dissertation different matchmaking algorithms were developed supporting the user in identifying relevant service mediators as well as new compositions of service mediators. Requirements for service mediators are derived from service descriptions and represented by query profiles in MPL. Even though the service descriptions are fuzzy the query generation algorithm automatically creates semantical annotations by mapping syntactical information to concepts of the domain ontology. These annotations are also stored within the query profile. Due to the application of the domain ontology the discovery process enables not only syntactical matchmaking but also semantical matchmaking. Furthermore, the matchmaking algorithms were transferred to the problem of discovering service operations. By measuring precision and recall it could be shown that ontology-based matchmaking is advantageously over standard information retrieval techniques

Unterstützung der innovativen Arbeitsmittelgestaltung im Bereich der Mensch-Maschine-Systeme durch Technologiekataloge

Innovationen werden als Notwendigkeit des freien Markts betrachtet (Koudal, 2004). Sie dienen dazu, den Unternehmenserfolg in einem zunehmenden Verdrängungswettbewerb langfristig zu sichern. Die aktuellen Veränderungen des Arbeitsmarkts durch demografische Entwicklungen fordern einen Schutz der Ressource Mensch. Auch der Arbeitsmarkt wird aufgrund von Phänomenen wie beispielsweise dem Fachkräftemangel zukünftig von Unternehmen härter umkämpft werden, um den Personalbedarf decken zu können. Unternehmen müssen demnach attraktiver für Arbeitnehmer werden. Die angesprochenen Entwicklungen deuten auf eine Verschiebung der notwendigen Kriterien zur Sicherung des wirtschaftlichen Erfolgs hin. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Ansatz verfolgt, die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen durch den Einsatz innovativer Arbeitsmittel zu sichern. Das Arbeitsmittel stellt das Bindeglied zwischen der Arbeitsperson, dem Arbeitsobjekt und der zu erfüllenden Arbeitsaufgabe dar. Der Begriff der Innovation wird in der Regel zwischen Unternehmen, Markt und Kunde diskutiert und baut auf einem verbesserten Verständnis der Kundenbelange auf. Die vorliegende Arbeit überträgt diese Betrachtungsweise auf den Arbeitnehmer als Kunden und zeigt die daraus entstehenden Chancen auf. Auf Basis des beschriebenen Ansatzes wird ein Tool zur Unterstützung der innovativen Arbeitsmittelgestaltung definiert. Bei dem Tool handelt es sich um einen Technologiekatalog, welcher den Entwickler des neuen Arbeitsmittels in allen relevanten Phasen bestmöglich unterstützen soll. Die relevanten Phasen werden anhand einer Analyse vorhandener Entwicklungs- und Innovationsprozesse ermittelt. Die Analyse zeigt, dass keiner der gefundenen Prozesse ohne Anpassung für die Entwicklung von innovativen Arbeitsmitteln geeignet ist. Weiterhin wird der primäre Unterstützungsbedarf, auf den auch der entwickelte Katalog fokussiert, in den Phasen der Ideengenerierung und -bewertung identifiziert. Der gewählte Lösungsansatz des Katalogs basiert auf einem Wissenstransfer durch Analogiebildung. Das entwickelte System wurde exemplarisch umgesetzt und mit Daten gefüllt. Die Anwendung wird anhand eines Projektes in Kooperation mit der Deutschen Flugsicherung GmbH dargelegt. Die Anwendung sowie einige der mithilfe des Technologiekatalogs erarbeiteten Ergebnisse werden dargestellt. Die Arbeit schließt mit einer Diskussion und einem Ausblick

Dynamische Ablaufänderungen in Workflow-Management-Systemen

Workflow-Management-Systeme (WfMS) unterstützen die elektronische Abwicklung von Arbeitsprozessen (engl. Workflow). Heutige WfMS erzwingen meist die starre Ausführung des vormodellierten Workflow, d.h. von dem einmal geplanten Ablauf kann zur Ausführungszeit nicht oder nur unter erheblichen Problemen abgewichen werden. Einerseits ist dadurch die praktische Tauglichkeit dieser Systeme stark eingeschränkt, andererseits darf die Unterstützung von Ad-hoc-Abweichungen zur Laufzeit (z.B. dynamisches Hinzufügen, Löschen oder Überspringen von Arbeitsschritten) aber nicht dazu führen, daß es im weiteren Verlauf der Workflow-Ausführung zu Konsistenzproblemen (z.B. Lost Updates) oder gar Fehlern (z.B. Aufruf von Anwendungskomponenten mit fehlenden Parameterdaten) kommt. Dies sicherzustellen, wird mit zunehmender Komplexität und Ausdrucksmächtigkeit des verwendeten Workflow-Beschreibungsformalismus (Workflow-Metamodell) jedoch immer schwieriger