Service-Interoperabilität für naturwissenschaftliche Anwendungen

Abstract

In der Softwareentwicklung wird die <i>Serviceorientierung</i> als neues Realisierungsparadigma propagiert. Sie erlaubt lose gekoppelte <i>Services</i> bedarfsbezogen in <i>Workflows</i> zu aggregieren. Hierbei ist die Überbrückung der Heterogenität dieser Services ein anerkanntes Problem von hohem wirtschaftlichem Interesse. Es besteht der Bedarf die <i>Service-Interoperabilität</i> weitestgehend automatisch herzustellen.<br /> In dieser Arbeit wurde ein Konzept für <i>Service-Mediatoren</i> entwickelt, die über eine offene und erweiterbare, <i>software-unterstützte Prozedur</i> (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.<br /> 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 <i>Mediator Profile Language</i> (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 <i>Komposition</i> mehrerer Service-Mediatoren, sowie deren <i>Konfiguration</i> über <i>zustandsbehaftete Eigenschaftsfelder</i>. Die semantische Annotation eines Service-Mediators geschieht hierbei über Konzepte einer Domänenontologie.<br /> Im Rahmen dieser Arbeit wurden <i>Matchmaking</i>-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 <i>Service-Operationen</i> übertragen. Die entwickelten ontologiebasierten Matchmaking-Verfahren liefern im Vergleich zu Standard-IR-Techniken signifikant bessere Ergebnisse, wie durch entsprechende Benchmarks mit anschließender Messung von <i>Precision</i> und <i>Recall</i> gezeigt werden konnte.

<strong>Service Interoperability for Science Applications - Identification and Adaptation of Component-Based Service Mediators</strong><br /><i>Service-orientation</i> is a new software paradigm for building distributed, component-based software. It allows the aggregation of loosely coupled <i>services</i> 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 <i>service interoperability</i> semi-automatically.<br /> In this thesis the concept of <i>service mediators</i> is developed. Through a <i>software-aided procedure</i> 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.<br /> 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 <i>Mediator Profile Language</i> (MPL) addresses these issues. MPL permits among other things the description of <i>compositions</i> of service mediators as well as their <i>customization</i> by <i>stateful properties</i>. Semantical information is assigned by concepts of a domain ontology.<br /> In this dissertation different <i>matchmaking algorithms</i> 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 <i>query generation algorithm</i> 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 <i>discovering service operations</i>. By measuring precision and recall it could be shown that ontology-based matchmaking is advantageously over standard information retrieval techniques.