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An architectural decision modeling framework for service oriented architecture design
(2009) Zimmermann, Olaf; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
In this thesis, we investigate whether reusable architectural decision models can support Service-Oriented Architecture (SOA) design. In the current state of the art, architectural decisions are captured ad hoc and retrospectively on projects; this is a labor-intensive undertaking without immediate benefits. On the contrary, we investigate the role reusable architectural decision models can play during SOA design: We treat recurring architectural decisions as first-class method elements and propose an architectural decision modeling framework and a reusable architectural decision model for SOA which guide the architect through the SOA design. Our approach is tool supported. Our framework is called SOA Decision Modeling (SOAD). SOAD provides a technique to systematically identify recurring decisions. Our reusable architectural decision model for SOA conforms to a metamodel supporting reuse and collaboration. The model organization follows Model-Driven Architecture (MDA) principles and separates long lasting platform-independent decisions from rapidly changing platform-specific ones. The alternatives in a conceptual model level reference SOA patterns. This simplifies the initial population and ongoing maintenance of the decision model. Decision dependency management allows knowledge engineers and software architects to check model consistency and prune irrelevant decisions. Moreover, a managed issue list guides through the decision making process. To update design artifacts according to decisions made, decision outcome information is injected into design model transformations. Finally, a Web-based collaboration system provides tool support for the framework steps and concepts. The SOAD framework is not only applicable to enterprise application and SOA design, but also to other application genres and architectural styles. SOAD supports use cases such as education, knowledge exchange, design method, review technique, and governance instrument.
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Ausführbare Integrationsmuster
(2010) Scheibler, Thorsten; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Die Integration von großen IT Anwendungen ist für viele Firmen eine der bedeutendsten IT Herausforderungen, um die Geschäftsprozesse innerhalb eines Unternehmens effizient durchführen zu können. Zum einen gab es kein standardisiertes Vorgehen, wie man Integrationslandschaften konzipieren und spezifizieren konnte. Zum anderen bestand keine durchgängige Methode, die resultierenden zumeist abstrakten Architekturen in ausführbare Systeme zu überführen. Mit der Einführung von Integrationsmustern wurde ein großer Beitrag geleistet, um Integrationslandschaften einheitlich und technologieunabhängig darstellen zu können. Jedoch klaffte immer noch eine große Lücke zwischen der Modellierung und der Implementierung dieser Landschaften. Die tatsächliche Realisierung wurde durch Entwickler geleistet, indem die Landschaften interpretiert und entsprechend ausführbare Integrationslogik erstellt wurde. Diese Kluft muss geschlossen werden, damit Architekten und Entwickler besser miteinander kommunizieren und ausführbare Integrationslösungen effizienter realisiert werden können. Diese Dissertation leistet einen Beitrag, um diese Lücke zu schließen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methode entwickelt, mit der ausgehend von Integrationsmustern automatisiert ausführbare Integrationslösungen erzeugt werden können. Es wird eigens ein Lebenszyklus konzipiert, der die unterschiedlichen Phasen der Erstellung von ausführbaren Integrationslösungen beschreibt. Die Methode basiert auf der Modell-getriebenen Entwicklung. Die vormals visuellen und textuellen Repräsentationen der Integrationsmuster werden dazu in ein formales Modell überführt. Parametrisierbare Integrationsmuster dienen fortan als Grundlage der Methode. Durch die Parameter jedes einzelnen Musters kann das erwartete Verhalten eines Muster technologieunabhängig spezifiziert werden. Außerdem beschreibt das Modell die Zusammenhänge der einzelnen Muster und wie sie miteinander kommunizieren. Das Modell der parametrisierbaren Integrationsmuster wird von einem Generierungsalgorithmus verwendet, um automatisiert ausführbare Integrationslösungen zu erstellen. Der Algorithmus fügt dazu plattformspezifische Informationen hinzu, so dass eine Integrationslösung auf einer bestimmten Zielinfrastruktur ausgeführt werden kann. Ein Modell kann dabei von verschiedenen Algorithmen verwendet werden und daher in verschiedene Ausführungsumgebungen übersetzt werden. Diese Methode ist daher nicht auf bestimmte Zielinfrastrukturen beschränkt. Im Verlauf der Arbeit werden parametrisierbare Integrationsmuster auf drei sehr unterschiedlichen Infrastrukturen abgebildet und ausgeführt. Dies verdeutlicht die Allgemeinheit der Methode und die leichte Erweiterbarkeit auf neue Technologien und veränderte Anforderungen. Zur Unterstützung der Methode wird außerdem eine Werkzeugkette erstellt, die es Systemarchitekten erlaubt, eine Integrationslösung grafisch zu konzipieren. Das Werkzeug GENIUS umfasst eine graphische Modellierungsoberfläche, mit der parametrisierbare Integrationsmuster zu einer Integrationslösung zusammengefasst werden können. Außerdem werden zwei Algorithmen integriert, die ausführbare Integrationslösungen für zwei unterschiedliche Zielinfrastrukturen erzeugen. Diese Dissertation schließt somit die Lücke zwischen Architektur und Entwicklung, indem eine auf der Modell-getriebenen Entwicklung basierenden Methode entwickelt wird, mit deren Hilfe parametrisierbare Integrationsmuster als direkte Spezifikation für ausführbare Systeme dienen und automatisiert in diese Systeme überführt werden.
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BPELlight: Flexibilisierung von Prozessmodellen durch Entkopplung von Prozesslogik und Schnittstellenspezifikation
(2011) Nitzsche, Jörg; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Die Web Service Business Process Execution Language (BPEL) ermöglicht die Prozess-orientierte Integration verteilter, heterogener Anwendungen, die ihre Funktionalität als Web Services (WS) zur Verfügung stellen. BPEL definiert dazu sowohl den Kontroll- als auch den Datenfluss zwischen Aktivitäten, die auf Web Service Operationen verweisen. Dadurch dass Aktivitäten lediglich auf die Operation, d.h. auf die abstrakte Schnittstellenbeschreibung des zu verwendenden WSs verweisen, unterstützt BPEL die Auswahl der Aktivitätsimplementierungen zur Laufzeit, so dass zwischen Diensten unterschiedlicher Anbieter gewählt werden kann. Allerdings bieten unterschiedliche Organisationen bzw. Unternehmen die gleiche Funktionalität in der Regel auf unterschiedliche Art und Weise an, d.h. unter Verwendung unterschiedlicher Operationen. Folglich müssen BPEL-Prozessmodelle in der Regel jedes Mal geändert werden, wenn Dienste eines anderen, Anbieters in Anspruch genommen werden sollen. Dies ist sehr aufwendig und schränkt die Agilität von Unternehmen in nicht unbedeutendem Maße ein. Die Definition von Aktivitäten mittels eines Verweises auf eine WSDL-Operation hat nicht nur eine eingeschränkte Flexibilität von BPEL bezüglich der Partnerwahl zur Folge, sondern schränkt BPEL auf WSDL zur Definition der Anforderungen an Aktivitätsimplementierungen ein und beschränkt die Aktivitäten zudem auf den Austausch von maximal zwei Nachrichten mit einem Geschäftspartner. Betrachtet man die Aktivitäten jedoch als Implementierung einer Geschäftsfunktion innerhalb eines Geschäftsprozesses, so ist der Austausch zweier Nachrichten mit einem Geschäftspartner im Allgemeinen nicht ausreichend, da komplexe Geschäftsfunktionen auch den Austausch mehrerer Nachrichten mit mehreren Geschäftspartnern erfordern können. Diese Arbeit verfolgt die Idee von einem von WSDL unabhängigen BPEL, um die genannten Probleme mit herkömmlichem BPEL zu lösen. Sie definiert eine neue, auf BPEL basierende Workflowsprache namens BPELlight. BPELlight definiert ein von WSDL unabhängiges Interaktionsmodell zur Entkopplung der Prozesslogik von den Schnittstellenspezifikationen der Aktivitätsimplementierungen. Dieses Interaktionsmodell beschränkt sich nicht wie jenes von herkömmlichem BPEL auf die Definition bilateraler Interaktionen des Prozesses mit Geschäftspartnern, sondern ermöglicht die explizite Definition multilateraler Interaktionen. Darüber hinaus erlaubt es BPELlight, die Semantik von Aktivitäten mittels so genannter Nachrichten-austauschmuster zu spezifizieren anstatt einen fixen Satz an Aktivitäten vorzugeben, und trägt damit dem Umstand Rechnung, dass komplexe Geschäftsfunktionen einen komplexen Nachrichtenaustausch erfordern können. Zusätzlich zur Definition der Sprache BPELlight zeigt die Arbeit, wie die WS-Technologie und Ansätze zur semantischen Beschreibung von WSs (semantische WSs, SWS) verwendet werden können, um Implementierungen für BPELlight-Aktivitäten aufzufinden und zu binden. Außerdem wird die Architektur und eine prototypische Implementierung einer BPELlight-Infrastruktur vorgestellt. Sie ermöglicht die Modellierung und Ausführung von BPELlight-Prozessen und verwendet WS- bzw. SWS-Technologie um geeignete Aktivitätsimplementierungen aufzufinden und zu binden.
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Crawling von Enterprise Topologien zur automatisierten Migration von Anwendungen : eine Cloud-Perspektive
(2015) Binz, Tobias; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Eine schnelle Anpassung der IT an sich ändernde Anforderungen bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten bestimmt heute die Konkurrenzfähigkeit einer Organisation. Voraussetzung dafür ist ein technisch detaillierter Einblick in die gesamte IT, also ein Instanzmodell aller Komponenten und deren Beziehungen zueinander. Da Organisationen diese Art der Dokumentation meist nicht durchführen, sind diese IT-Instanzmodelle typischerweise nicht vorhanden, unvollständig oder veraltet. Eine Ursache dafür ist, dass die manuelle Identifikation von Komponenten und deren Beziehungen eine sehr zeitaufwändige, fehleranfällige und somit kostenintensive Aufgabe ist. Neben der Adaption der IT im Allgemeinen erschwert dies auch die Migration von Anwendungen, welche durch den Trend zum Auslagern der IT in die Cloud stark nachgefragt wird. Die Vision dieser Arbeit ist es, einen technisch detaillierten, vollständigen und aktuellen Einblick in die IT zu erlauben und diesen zu nutzen, um die automatisierte Migration von Anwendungen zu ermöglichen. Dafür stellt die vorliegende Arbeit eine Methode zum automatisierten Crawling eines Instanzmodells der gesamten IT einer Organisation vor. Zu dessen Repräsentation, Verwaltung und Verarbeitung wird mit dem Enterprise Topologie Graph (ETG) ein Metamodell eingeführt, das alle Anwendungen, der für deren Betrieb nötigen Komponenten und deren Beziehungen untereinander repräsentiert. ETGs und ihr automatisiertes Crawling erlauben einen umfassenden und vollständigen Einblick in die IT einer Organisation und bilden somit eine solide Grundlage für deren Analyse, Adaption und Optimierung. Darauf aufbauend wird eine Methode zur Migration von Anwendungen (AROMA) entwickelt, die es ermöglicht, von den Vorteilen fortschrittlicher IT-Umgebungen zu profitieren, ohne diese Anwendungen neu entwickeln zu müssen. Nach dem Crawling des ETGs der Ursprungsumgebung wird in der AROMA-Methode die zu migrierende Anwendung extrahiert, transformiert, evaluiert, adaptiert und in der Zielumgebung, zum Beispiel einer Cloud, bereitgestellt. Die Umsetzung der AROMA-Methode mithilfe des OASIS-Standards TOSCA trägt zur Automatisierung der Migration bei und erhält die Funktionalität der Anwendung. Die Forschungsbeiträge und Prototypen werden durch verschiedene Fallstudien validiert und anhand der Aspekte Automatisierung, Korrektheit, Anwendbarkeit, Erweiterbarkeit sowie der Verbesserung der Cloud-Eigenschaften und Portabilität der Anwendung evaluiert.
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Green Business Process Management : Methode und Realisierung
(2014) Nowak, Alexander; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Die Veränderung des weltweiten Klimas macht deutlich, dass die Entwicklungen der globalen Märkte neben ökonomischen Aspekten zunehmend auch die Erhaltung und Verbesserung der Umweltzustände anstreben müssen. Für die Definition von Umweltzielen und -regularien wurden durch verschiedene nationale und internationale Gremien Kriterien und Ansätze beschrieben, welche häufig als Vorgaben an Unternehmen auf nationaler Ebene weitergegeben werden. Ein Beispiel hierfür ist der Handel mit CO2-Zertifikaten, bei dem Unternehmen den von ihnen ausgestoßenen Anteil von CO2 durch Zertifikate abdecken müssen. Damit Unternehmen diese gesetzlichen Auflagen einhalten und die damit verbundenen monetären Belastungen reduzieren können, müssen geeignete Maßnahmen zur Reduktion des negativen Umwelteinflusses aller unternehmerischen Aktivitäten entwickelt werden. Für die Ermittlung des Umwelteinflusses eines Unternehmens wurden bereits verschiedene Methoden entwickelt, wie beispielsweise der ISO Standard 14000 und das Life Cycle Assessment. Diese Methoden zielen jedoch häufig nur auf die Erfassung des Umwelteinflusses von Produkten ab und reichen nicht aus, eine ganzheitliche Optimierung des Umwelteinflusses eines Unternehmens und seiner Abläufe zu erreichen. Umweltaspekte müssen direkt in das Management und die strategische Entwicklung von Unternehmen integriert werden. Sie müssen in der Lage sein, den Umwelteinfluss des unternehmerischen Handelns abzubilden, zu analysieren und hinsichtlich der konventionellen Optimierungskriterien Kosten, Qualität, Zeit und Flexibilität abzuwägen, ohne dabei auf eine schnelle und flexible Anpassung an sich verändernde Marktsituationen zu verzichten. In dieser Dissertation wird eine Erweiterung des existierenden Geschäftsprozessmanagements unter Einbeziehung zugehöriger Methoden und Werkzeuge eingeführt, welche es Entscheidungsträgern ermöglicht, die strategische Entwicklung eines Unternehmens durch ökologische Aspekte zu ergänzen. Die entwickelten Konzepte zeigen, wie Key Performance Indicators, unterstützende IT-Infrastrukturen und die strategische Unternehmensgestaltung für die Integration dieser Aspekte erweitert werden müssen. Zur Unterstützung der vorgestellten Erweiterungen des Geschäfts¬prozess-managements wurde ein allgemeines Vorgehens¬modell definiert, welches aus ökologischer Sicht die Definition von Key Ecological Indicators, die Abbildung von Ressourcen auf Prozessmodelle und -aktivitäten, die Definition spezifischer Monitoringmodelle und die ökologische Analyse von Geschäftsprozessen abdeckt. Die Umsetzung dieser Aspekte wird jeweils exemplarisch durch spezifisch entwickelte Methoden aufgezeigt. Für das Management von Geschäftsprozessen auf Basis der analysierten Informationen definiert die vorliegende Arbeit einen auf Patterns basierenden Ansatz. Hierzu wurde eine Menge von Green Business Process Patterns identifiziert und dokumentiert. Die Entwicklung eines Pattern Support Frameworks hilft Entscheidungsträgern anschließend, diese Patterns für eine zielorientierte Optimierung von Geschäftsprozessen einzusetzen. Ausgehend von konkreten Problemstellungen begleitet das Pattern Support Framework damit die Identifikation geeigneter Patterns, welche im Anschluss auf konkrete Lösungsimplementierungen übertragen werden können. Die in der vorliegenden Arbeit eingeführten Konzepte erlauben es Entscheidungsträgern, neben ökonomischen auch ökologische Entscheidungsaspekte in der Entwicklung von Geschäftsprozessen zu berücksichtigen. Die Verbesserung des Umwelteinflusses zielt damit nicht nur direkt auf den ökologischen Fußabdruck eines Produktes oder Services ab, sondern ermöglicht eine durchgängige Restrukturierung aller an der Erzeugung oder Bereitstellung beteiligten Abläufe. Die entwickelten Prototypen zeigen exemplarisch die Implementierung der verschiedenen Konzepte und unterstützen sowohl Entscheidungsträger als auch Optimierungsteams bei der Verbesserung des Umwelteinflusses. Die Anwendbarkeit der Konzepte und Werkzeuge wird zudem in einer Fallstudie validiert.
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Eine Infrastruktur für die dezentrale Ausführung von BPEL-Prozessen
(2010) Wutke, Daniel; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Die Web Service Business Process Execution Language (WS-BPEL) erlaubt die Entwicklung von Anwendungen als maschinell ausführbare Orchestrierungen einzelner, lose gekoppelter Geschäftsfunktionen in Form von Web-Services. Basierend auf den Konzepten der Zwei-Schichten-Programmierung hat die prozessgestützte Anwendungsentwicklung mit BPEL unter anderem die Erhöhung der Wiederverwendbarkeit, sowohl der orchestrierten Dienste als auch der Prozesslogik selbst, zum Ziel. Gegenwärtig erfolgt die Ausführung von BPEL-Prozessen logisch zentral, d.h. ein Workflow-Management-System interpretiert das Prozessmodell und interagiert daraufhin mit den verschiedenen vom Prozess verwendeten Diensten. In komplexen Prozessen, deren Dienste über eine große Zahl unterschiedlicher Partner verteilt sind, ist diese logisch zentrale Ausführung allerdings nicht immer sinnvoll; vielmehr ist in diesen Szenarien oftmals eine verteilte Ausführung der Orchestrierungslogik des Prozesses wünschenswert. Soll, unter Verwendung existierender Technologien, ein BPEL-Prozess verteilt über eine Reihe unterschiedlicher Ausführungsteilnehmer dezentral ausgeführt werden, so bedingt dies gegenwärtig im Allgemeinen eine Anpassung des Prozessmodells und / oder der verwendeten Dienste, was dem Ziel maximaler Wiederverwendbarkeit entgegensteht. Um das Problem des Verlusts der Wiederverwendbarkeit bei verteilter Ausführung der Orchestrierungslogik von BPEL-Prozessen zu lösen, ist das Ziel dieser Dissertation die Entwicklung eines Ansatzes zur dezentralen Ausführung von BPEL-Prozessen durch nicht-invasive Anpassung der Prozesse an ihre jeweilige Ausführungsumgebung, unter Beibehaltung sowohl ihrer Orchestrierungslogik als auch der Schnittstellen der verwendeten Dienste. Der entwickelte Ansatz umfasst eine Vorgehensweise zur (Vor-) Verarbeitung dezentral ausgeführter Prozesse, ein Verfahren zu deren automatischer Partitionierung auf die einzelnen Ausführungsteilnehmer sowie die Architektur und prototypische Implementierung eines verteilten Workflow-Management-Systems als Laufzeitumgebung für deren Ausführung.
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A method and implementation to define and provision variable composite applications, and its usage in cloud computing
(2010) Mietzner, Ralph; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
The trend to outsource applications not critical to an enterprise's core business has driven the emergence of a new type of IT service providers. These service providers run and maintain applications for enterprises having outsourced them. The business model of the providers is thus based on the exploitation of economies of scale by offering the same infrastructure, platforms and applications to multiple customers. Since different customers have different requirements regarding functional and nonfunctional aspects of an application, the infrastructure, platforms and applications must be customizable to different customer's needs. This also enables the providers to increase the customer base for one offering. To further increase the customer base, providers do not only host and provide software they have developed in house, but also want to offer applications offered by third-party application vendors. In this thesis, a metamodel, algorithms and tools are introduced allowing application vendors to describe and package applications in a way that they can automatically be set up (provisioned) at a provider either with minimal or no human intervention. Furthermore, a metamodel is introduced allowing application vendors to describe the variability of an application. This variability metamodel enables the generation of customization workflows used by customers to adapt an application to their needs. The combination of the application metamodel and variability metamodel enables a self-service model in which customers can subscribe to and unsubscribe from applications as they wish. Customers thus select the application they want to use in an application portal and a guided through the customization. Having customized the application, the application is set up automatically with the required quality of services and functionality. The concepts introduced in this thesis enable application vendors to describe customizable applications without knowing the exact infrastructure they are later provisioned on. Providers can extend their customer base by offering customizable applications developed by application vendors, and customers can follow a best-of-breed strategy in choosing from arbitrary combinations of providers and applications. Corresponding prototypes for all three roles, application vendors, providers and customers to build, provide, provision and customize applications have been built and are introduced in this thesis. These serve as a proof-of-concept implementation for the proposed concepts. Different case studies are given to show the general applicability of the approach.
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Methoden zur Modellierung und Ausführung kontextbezogener Workflows in Produktionsumgebungen
(2013) Wieland, Matthias; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Durch die schnell wachsende Verbreitung von hoch entwickelten mobilen Geräten wie z. B. Smartphones, die eine Vielzahl an Sensoren enthalten, wird die Entwicklung im Bereich der kontextbezogenen Anwendungen stark vorangetrieben. Es entsteht eine Vielzahl von Anwendungen, welche diese Sensorik nutzen und damit den Kontext, in dem sich der Benutzer befindet, erkennen, um darauf zu reagieren. Dies alles findet jedoch auf dem mobilen Endgerät statt, d. h. die Programme laufen auf dem Gerät der Benutzer. Für Geschäftsanwendungen wäre es von Vorteil, wenn die dort verbreiteten Systeme ebenfalls von dieser Entwicklung profitieren würden. Im Geschäftsumfeld werden Anwendungen oft mit Hilfe von Prozessmodellierung definiert und durch Workflowsysteme ausgeführt. In dieser Arbeit wird daher eine Methode zur Berücksichtigung von Kontext in der Prozessmodellierung vorgestellt, welche durch das Konzept der kontextbezogenen Workflows umgesetzt wird. Kontext ist dabei nach [Dey01] jede Art von Information, die dazu genutzt werden kann, die Situation, in der sich eine Entität befindet, zu charakterisieren. Eine Entität ist eine Person, ein Ort oder ein Objekt, welches als relevant für die Interaktion zwischen einem Benutzer und einer Anwendung angesehen wird, einschließlich des Benutzers und der Anwendung selbst. In der Arbeit wird zunächst eine umfassende Analyse des Forschungsgebiets kontextbezogener Workflows vorgenommen, um die Anforderungen an eine Methode zur Umsetzung kontextbezogener Workflows abzuleiten. Dann werden - basierend auf dem Lebenszyklus bei der Prozessmodellierung - Werkzeuge für die verschiedenen Phasen vorgestellt, welche im Rahmen der Dissertation entwickelt wurden. Diese Werkzeuge ermöglichen die Behandlung und Verarbeitung von Kontext in Prozessen und Workflows. Die Gesamtlösung wurde durch eine prototypische Implementierung im Produktionsumfeld evaluiert. Dabei wurde das Störungsmanagement als ein Bereich von zentraler Bedeutung ausgewählt, da hier die Unterstützung durch Informations-Technologie erst rudimentär ist, dieser Bereich jedoch sehr wichtig ist, um einen Produktionsausfall zu verhindern und die Planbarkeit der Produktion zu erhöhen. Dazu wird in dieser Arbeit ein allgemein einsetzbarer Störungsbehebungsprozess modelliert und dieser durch die entwickelte Methode in einen ausführbaren kontextbezogenen Workflow überführt.
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Modellierung regelkonformer Geschäftsprozesse
(2014) Schleicher, Daniel; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Regelkonformes Verhalten ist für viele Firmen und Konzerne ein wichtiger Punkt auf der Agenda hin zu einer nachhaltigen Wachstumsstrategie. Durch den in den letzten Jahren gestiegenen regulatorischen Druck und die zu erwartenden Strafen bei Verstößen gegen Regeln und Gesetze, sind Firmen gezwungen, sich intensiver mit der Überwachung ihrer Geschäftsprozesse zu befassen. Die wiederkehrenden Skandale um nicht regelkonformes Verhalten von Mitarbeitern und die daraus resultierenden Konsequenzen unterstreichen die Richtigkeit dieser Richtungswendung. Viele Firmen arbeiten mit IT-unterstützten Geschäftsprozessen, in deren automatische Ausführung Menschen eingebunden sind. Diese Geschäftsprozesse müssen bezüglich der Einhaltung neuer oder sich ändernder Regeln und Gesetze auf dem neuesten Stand gehalten werden. Den Aufwand für die Aktualisierung der Geschäftsprozesse möglichst gering zu halten, ist eine Herausforderung, der die Unternehmen gegenüber stehen. Der Begriff Compliance drückt im Englischen das Einhalten von Regeln und Gesetzen aus. Im günstigsten Fall sollte Compliance schon bei der Erstellung eines neuen Prozesses in Betracht gezogen werden, da in dieser Phase Entwicklungsfehler mit dem geringsten Aufwand behoben werden können. Durch die Zunahme der Regeln und Gesetze, die von Geschäftsprozessen eingehalten werden müssen, ist es wichtig, die Anforderungen mit Bezug auf Compliance von den wirtschaftlichen Zielen der Prozessentwicklung zu trennen. Menschliche Prozessentwickler sollen sich voll und ganz auf die Entwicklung der Geschäftslogik eines Prozesses konzentrieren können. Die Überprüfung von Gesetzen und Regularien soll automatisiert durch Werkzeuge geschehen, die weitgehend im Hintergrund arbeiten. Graphische Entwicklungswerkzeuge müssen Mittel bereitstellen, um Regularien und Gesetze zu verwalten und diese mit Geschäftsprozessen zu verbinden. Es müssen dabei zwei Szenarien behandelt werden können. Erstens müssen Regeln und Gesetze vor Beginn der Entwicklung eines neuen Prozesses festgelegt und automatisch überprüfbar gemacht werden. Zweitens müssen bestehende Geschäftsprozesse mit neuen Regeln und Gesetzen verknüpft werden können. Desweiteren müssen von den Überprüfungswerkzeugen verschiedene Arten von Regeln und Gesetzen verarbeitet werden können. Beispiele hierfür sind Regeln, die auf den Datenfluss in Prozessen angewendet werden oder Regeln, die auf den Kontrollfluss in Prozessen Anwendung finden. Diese Arbeit erweitert eine bestehende Entwicklungsumgebung für Geschäftsprozesse und implementiert die oben aufgeführten Anforderungen. Bei der Entwicklung der Konzepte und deren Umsetzung im Prototyp wurde darauf geachtet, dass diese Konzepte die Entwicklungsarbeit am Geschäftsprozess so wenig wie möglich behindern. Die bestehende Entwicklungsumgebung für Geschäftsprozesse wurde intern umstrukturiert, so dass alle Änderungen am aktuell angezeigten Prozessmodell auf Verstöße gegen Complianceregeln überprüft werden können. Die beiden grundlegenden Forschungsbeiträge dieser Arbeit sind das Compliancetemplate und der Compliancescope. Das Compliancetemplate ist eine Prozessvorlage, die an bestimmten Stellen unvollständig ist. Nur diese Stellen können von einem Prozessentwickler mit Prozessaktivitäten gefüllt werden, um einen vollständig spezifizierten Prozess zu erhalten. Durch diese Vorgabe wird verhindert, dass Complianceregeln umgangen werden können. Der Compliancescope ist ein Mittel, um Teile von bestehenden Prozessmodellen mit Complianceregeln zu verknüpfen. Diese Teile von Prozessmodellen werden automatisch überprüft, wenn eine Änderung an ihnen vorgenommen wird. Die automatische Überprüfung von Teilen von Prozessmodellen übernimmt das zur Entwicklung des Prozesses verwendete graphische Entwicklungswerkzeug. Aufbauend auf diesen beiden Konzepten beschreibt die vorliegende Dissertation drei weitere Beiträge. Das Konzept der Compliancedomain baut auf dem Konzept des Compliancescopes auf und erweitert diesen, um mit datenbasierten Complianceregeln arbeiten zu können. Vervollständigungsebenen sind ein Konzept, verschiedenen Partnern die Arbeit an einem, mit Complianceregeln versehenen Prozessmodell, zu ermöglichen. Die Architektur des Prototyps dieser Dissertation zeigt, wie diese neuen Konzepte umgesetzt und somit anwendbar gemacht werden können.
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Process fragments: enhancing reuse of process logic in BPEL process models
(2012) Ma, Zhilei; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
The Web Services Business Process Execution Language (WSBPEL or BPEL for short) is the standard for creating processes by orchestrating Web services. However, modeling processes, particularly large processes, is time-consuming, error-prone and therefore costly. With the growth of the number and complexity of process models in an organization, process modeling becomes a more comprehensive challenge, because it is cumbersome and not necessary for users to model every new process from scratch. Reuse has been proven to be an effective concept to improve productivity and quality in software development. With the maturing of business process management technologies, reuse in business process modeling becomes one of the important research topics in the academia and industrial communities for business process management. Reusing a piece of process logic in other processes is a desired practice based on the case studies reported in the literature. Today, subprocesses represent the only granule of reuse. However, subprocesses impose re-strictions on the syntactic and semantic completeness of the enclosed process logic. A sub-process is in general like a self-contained business process, but invoked by another business process and exhibits different degree of autonomy from the parent process. Thus, reuse of arbitrary parts of a business process, especially parts that cannot be seen as self-contained business processes, has not been addressed at the time of writing of this thesis. That kind of reuse is especially desired when creating large and complex processes. In this thesis we focus on reuse of such parts during process modeling and present a set of methods for specifying, extracting, and querying such parts of a business process and enable their reuse. We call such arbitrary parts for reuse process fragments. The contributions of this thesis are: (i) a generic conceptual definition of process fragments including a generic mathematical definition of process fragments based on a graph view; (ii) a formal definition of BPEL fragments, which shows how the generic process fragment concept can be realized within BPEL; (iii) an approach for extracting selected activities as a BPEL fragment out of a BPEL process; (iv) a generic graph-based algorithm for querying structural information of BEPL process models and fragments.
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Prozessbausteine
(2014) Eberle, Hanna; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Gegenwärtig existierenden Modellierungssprachen und Werkzeugen zur Umsetzung prozessbasierter Anwendungen liegt im Allgemeinen die Annahme eines zur Entwicklungszeit bekannten und in seiner Struktur vollständig ausmodellierten Prozessmodells zugrunde. Für Szenarien, in welchen eine prozessbasierte Anwendung neben stabilen, d.h. zur Modellierungszeit des Prozesses bekannten, auch durch dynamische, d.h. erst zur Anwendungslaufzeit geltende, Rahmenbedingungen beeinflusst wird, ist eine derartige statische Prozessmodellierung nur bedingt geeignet. In diesen Szenarien ist es vielmehr wünschenswert, (i) zur Entwicklungszeit bereits bekannte Prozessteile der Anwendung detailliert ausmodellieren zu können, und diese (ii) zur Laufzeit der Anwendung unter Berücksichtigung der zum Ausführungszeitpunkt geltenden dynamischen Rahmenbedingungen zum vollständigen Prozess der Anwendung zu integrieren. Das im Verlauf dieser Arbeit vorgestellte Konzept der Prozessbausteine setzt an diesem Punkt an und schafft ein Rahmenwerk für die Modellierung und Ausführung prozessbasierter Anwendungen unter Berücksichtigung sowohl stabiler als auch dynamischer Rahmenbedingungen. Kerngedanke des Konzepts ist die Abbildung stabiler Rahmenbedingungen zur Entwicklungszeit in Form teilweise unvollständiger Prozessmodelle, sogenannter Prozessbausteine. Zu einem späteren Zeitpunkt im Lebenszyklus der Anwendung werden diese Prozessbausteine dann, motiviert durch die jeweils geltenden dynamischen Rahmenbedingungen, mit weiteren Prozessbausteinen zum vollständigen Prozessmodell der Anwendung integriert. Zur vollständigen Unterstützung der Entwicklung von Anwendungen auf Grundlage dieses Konzepts umfasst die vorliegende Arbeit die Definition eines Metamodells für sowohl die Modellierung einzelner als auch die Repräsentation integrierter Prozessbausteine, die Beschreibung der Ausführung integrierter Prozessbausteine, sowie die Vorstellung einer Architektur für die Ausführung integrierter Prozessbausteine.
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Sichten auf Geschäftsprozesse mit besonderer Betrachtung von Compliance
(2015) Schumm, David; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Sichten auf Prozesse wurden im vergangenen Jahrzehnt von verschiedenen Forschergruppen als Graphtransformationstechnik zur vereinfachenden Darstellung von Prozessen untersucht. Sichtenfunktionen finden sich jedoch nur vereinzelt in Werkzeugen wieder, und es besteht keine gemeinsame Basis an Begrifflichkeiten und zudem kein Konsens, welche Funktionen über das Auslassen und Aggregieren von Modellelementen hinaus zu Prozesssichten gehören. Durch den Mangel an gemeinsamer konzeptioneller Basis stehen diese praxisrelevanten Funktionen nur einem eingeschränkten Nutzerspektrum zur Verfügung. Mit einem musterbasierten Ansatz zum Entwurf von Sichten auf Prozesse wird eine abstrakte Ausgangsbasis geschaffen, die die verschiedenen bestehenden Möglichkeiten von Sichten auf einer einheitlichen konzeptionellen Plattform zugänglich macht und weitgehend unabhängig von Technologien, Werkzeugen und Prozesssprachen bereitstellt. Komplexe Transformationsfunktionen werden abstrahiert und in einer einheitlichen Beschreibungsform als Sichtenentwurfsmuster in einem Musterkatalog bereitgestellt. Darauf aufbauend wird der Stand der Technik um den musterbasierten Sichtenentwurf sowie um den Entwurf sprachübergreifender Sichten erweitert. Der Entwurf sprachübergreifender Sichten macht von Übersetzungstechniken, der Darstellungsanpassung und von Zustandsübertragung Gebrauch. Mit einer Sprache für den musterbasierten Sichtenentwurf (kurz Mustersprache) können verschiedene Interessengruppen ihre individuellen Informationsbedarfe durch Anwendung und Komposition der bereitgestellten Muster als Sichtenentwurf formulieren und nach anschließender Implementierung auf Prozesse anwenden, um damit deren Komplexität auf den individuellen Bedarf zu reduzieren. Ein musterbasierter Sichtenentwurf stellt damit den Ausgangspunkt der Spezifikation komplexer Transformationen und Mechanismen zur Prozessvisualisierung dar. Neben dem planerischen Aspekt kann die Mustersprache zur musterbasierten Analyse von Sichtenfunktionen in bestehenden Ansätzen und Werkzeugen verwendet werden. Dieses Konzept erfordert die neuartige Aufgabe des Informationsdesigns im Management von Geschäftsprozessen, die ein Bindeglied zwischen Informationsbedarfen und der technischen Realisierung von Sichten in Werkzeugen schafft. Der musterbasierte Ansatz grenzt sich davon ab, Geschäftsprozesse an sich zu verschlanken und tatsächlich stattfindende Abläufe zu verändern. Geschäftsprozesse sind trotz individueller Sichten noch immer komplex. Dieser Ansatz verfolgt vielmehr das Ziel, komplexe Modelle von Geschäftsprozessen verständlicher zu machen. Der Schwerpunkt des Ansatzes besteht darin, Prozesse im Kontext verschiedener Interessengruppen mit Informationen zu vernetzen und die Prozesse bedarfsgerecht darzustellen. Nichtsdestotrotz können Prozesssichten ein Werkzeug für Vorhaben zur Verschlankung oder Optimierung von Abläufen darstellen. Compliance ist zwischenzeitlich zum Sammelbegriff für die Einhaltung von Anforderungen aus verschiedenen Quellen avanciert und dient in dieser Arbeit als zu untersuchende Einflussgröße bei der weiteren Steigerung der Komplexität: Eine zunehmende Zahl an Regularien, unternehmensinterner Richtlinien, wie auch die moralische und ökologische Verantwortung, rufen eine immense Anzahl an Anforderungen hervor, denen die ohnehin komplexen Geschäftsprozesse gerecht werden sollen. Der Stand der Technik bietet überwiegend formale Methoden an, um die geforderte Regelkonformität sicherzustellen. Diese Methoden können eingesetzt werden, um Fehlverhalten in Modellen von Geschäftsprozessen auszumachen. Sie bieten allerdings keine ausreichende Hilfestellung, wie bestehende Geschäftsprozesse umzugestalten sind, damit die darin enthaltenen Aufgaben regelkonform erledigt werden. Der Ansatz regelrealisierender Prozessfragmente (kurz rr-Fragmente) erweitert den Stand der Technik mit einer Möglichkeit zur Wiederverwendung von Prozessstrukturen, die einen Geschäftsprozess nachvollziehbar mit regelkonformem Verhalten erweitern. rr-Fragmente bieten somit Lösungsmöglichkeiten dafür an, wie bestimmte Aufgaben im Einklang mit geltenden Regeln erledigt werden können. Es wird eine Verbindung von dem Ansatz der rr-Fragmente mit Techniken zur Prüfung der Regelkonformität hergestellt und er wird im übergeordneten Kontext vom Compliance Management in Geschäftsprozessen als Baustein positioniert. Wiederverwendbare Prozessstrukturen wurden, nach bestem Wissen, zuvor nicht in den Kontext von Compliance gestellt und an die Anforderungen dieses Themenkomplexes angepasst. Aus dem entwickelten Ansatz leiten sich zahlreiche Informationsbedarfe ab, die durch Prozesssichten für Compliance abgedeckt werden können.
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Supporting business process fragmentation while maintaining operational semantics : a BPEL perspective
(2008) Khalaf, Rania; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Globalization and the increase of competitive pressures created the need for agility in business processes, including the ability to outsource, offshore, or otherwise distribute its once-centralized business processes or parts thereof. While hampered thus far by limited infrastructure capabilities, the increase in bandwidth and connectivity and decrease in communication cost have removed these limits. An organization that aims for such fragmentation of its business processes needs to be able to separate the process into different parts. Today, this is a manual, design-time endeavor. For example, it may use the concept of subprocesses as parts to be outsourced. However, there is often no way to foresee, in advance, which parts of the process need to be cut-off. Thus, today’s technology for outsourcing is static and not dynamic at all. Therefore, there is a growing need for the ability to fragment one’s business processes in an agile manner, and be able to distribute and wire these fragments so that their combined execution recreates the function of the original process. Additionally, this needs to be done in a networked environment, which is where ‘Service Oriented Architecture’ plays a vital role. ‘Service Oriented Architecture’ (SOA) is a relatively new approach to software that natively deals with the very dynamic, distributed, loosely coupled, and heterogeneous features of today’s networked environment, offering application functions as networked services. Web services is one instantiation of an SOA, consisting of a modular, layered stack of XML standards and corresponding implementations that address the different aspects of this environment. The standard covering business processes for Web services is the Business Process Execution Language for Web Services (also known as ‘BPEL’). Relevant characteristics of BPEL are that it is SOA-centric, has a scope construct that groups activities providing them with common behavior such as fault and compensation handlers, and combines graph and calculus based approaches to process modeling. This thesis describes how to identify, create, and execute process fragments without loosing the operational semantics of the original process models. It does so within the framework of the Web services stack of standards, BPEL in particular. The contributions are a categorization of existing Web services aggregation techniques, a meta-model of Web services business process mechanisms using a graph-based formalism, a solution for the automatic and operational semantics-preserving decomposition of such processes, and an architecture and implementation for a corresponding build-time and runtime environment.
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Throughput improvements for BPEL engines : implementation techniques and measurements applied to SWoM
(2013) Roller, Dieter; Leymann, Frank (Prof. Dr.)
Workflow Technology has become over the last two decades the cornerstone of modern application systems, in particular those built upon Service Oriented Architecture (SOA). It helps implement business processes that can be easily adapted to the changing needs of a dynamic environment and provides the base for the two-level application development paradigm. Workflow Management Systems (WfMS) deliver the functions of workflow technology; they have become a critical middleware component whose performance characteristics are significantly impacting the overall performance of the applications that have been built. In the thesis, a set of optimization techniques for a state-of-the-art WfMS have been developed that delivers the required robustness with the best achievable performance. This WfMS has been labeled Stuttgarter Workflow Maschine (SWoM) to emphasize its birth place. Several novel approaches have been developed to achieve the desired goal : (1) the concept of transaction flows has been developed as the base for a flow optimizer that significantly improves the performance of the workflow engine, (2) the notion of caching is driven into virtually all areas of the different components that make up the SWoM, (3) the exploitation and tie-in into the underlying infrastructure for optimal resource exploitation, where the infrastructure, IBM WebSphere for the application server and IBM DB2 as the database environment, provides for the necessary robustness, and (4) a flow optimizer optimizes the execution of the transaction flows with respect to cache, database, and CPU cycle usage based on user recommendations and statistical information that the SWoM collects during execution. These optimization techniques, that maintain middleware robustness, are complemented by a set of optimization techniques that improve performance by relaxing some of the stringent robustness requirements. All techniques have been validated using a simple, yet expressive benchmark that focuses on high-speed, message-based interactions, synchronous invocation, message transformation, and parallel execution. The benchmark results show that the SWoM scales almost linearly with respect to CPU load and the parallelism of requests. The maximum number of requests that the SWoM could obtain on a quad core CPU running Windows 7 64bit was more than 100 process instances per second.