Supporting business process fragmentation while maintaining operational semantics : a BPEL perspective

Abstract

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.

Globalisierung und steigender Wettbewerbsdruck verlangen von Unternehmen eine rasche Anpassung ihrer existierenden Geschäftsprozesse einschließlich der damit verbundenen Notwendigkeit, die meist zentralisierten Prozesse ganz oder teilweise auszulagern bzw. verteilt auszuführen. Wurde ein solches Vorgehen in den letzten Jahren noch durch die mangelhafte Infrastruktur behindert, so lassen steigende Bandbreiten und sinkende Kommunikationskosten diese Hindernisse zunehmend verschwinden.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Auslagerung ist die Aufteilung der Geschäfts¬prozesse in klar abgegrenzte Fragmente. Dies geschieht gegenwärtig weitgehend manuell und zur Entwicklungszeit. Zwar ließe sich einerseits das Konzept der Sub-Prozesse zur Auslagerung anwenden, andererseits gibt es jedoch keine Möglichkeit zu ermitteln, welche Teile eines Prozesses extrahiert werden müssen. Darüber hinaus ist mit dem der¬zeitigen Stand der Technologien nur eine statische und keine dynamische Fragmentierung möglich. Aus diesem Grunde gibt es steigende Nachfrage nach flexibleren Möglich¬keiten, Geschäftsprozesse zu fragmentieren, zu verteilen und derartig miteinander zu verknüpfen, dass ihre verteilte Ausführung das Verhalten des Originalprozesses nach¬bildet. Um derartigen Anforderungen gerecht zu werden, spielt das Prinzip der Service-orientierten Architekturen eine wesentliche Rolle.

Die Service-orientierte Architektur (SOA) ist ein relativ neuer Ansatz um dynamische, lose gekoppelte und verteilte Systeme in einer heterogenen Umgebung zu entwickeln, wobei die einzelnen Teile der Anwendung als Service über das Netzwerk zur Verfügung gestellt werden. Web Services sind eine Möglichkeit, um eine SOA zu realisieren. Sie basieren auf einem modularen Schichtenmodell von XML Standards und deren Imple¬mentierung, welche die verschiedenen Teilaspekte der Service-orientierten Architektur umsetzen. Hierbei ist die Business Process Execution Language for Web Services (kurz „BPEL“) der geeignete Standard zur Modellierung Web-Service-basierter Geschäfts¬prozesse. Besonders hervorzuheben ist das Konzept des Scope, welches die Zusammen¬fassung einer Anzahl von Aktivitäten ermöglicht und für sie ein gemeinsames Verhalten der Fehlerbehandlung und Kompensation definiert. Darüber hinaus kombiniert BPEL die Graph- und Kalkül-basierten Ansätze der Prozessmodellierung.

Diese Dissertation beschreibt, wie Fragmente in Geschäftsprozessen identifiziert, erstellt und ausgeführt werden können, ohne die operationale Semantik des Originalprozesses zu verlieren. Dies geschieht im Rahmen der Web Service Technologien, insbesondere unter Verwendung von BPEL.

Der wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit sind eine Kategorisierung verschiedener Techniken zur Aggregation von Web Services, ein Metamodel für Web-Service-basierte Geschäftsprozesse auf Grundlage eines graph-basierten Formalismus, eine Methode zur automatisierten Dekomposition solcher Geschäftsprozesse unter Erhaltung der operatio¬nalen Semantik, sowie eine Architektur und Implementierung einer Entwicklungs- und Laufzeitumgebung.