Transformation von BPEL4WS in Petrinetze

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1 Transformation von BPEL4WS in Petrinetze Diplomarbeit Christian Stahl 8. April 2004 Humboldt-Universität zu Berlin Institut für Informatik Unter den Linden Berlin Gutachter: Prof. Dr. W. Reisig Dr. A. Martens

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3 Zusammenfassung BPEL4WS ist eine Sprache zur Beschreibung verteilter Geschäftsprozesse mit Web Services. Es besteht die Notwendigkeit, die Sprache trotz ihrer Komplexität zu verstehen, um mit ihr im Umfeld von Web Services arbeiten zu können. Mit Hilfe einer formalen Semantik ist es möglich, die Sprache selbst und mit BPEL4WS spezifizierte Geschäftsprozesse zu verifizieren. In der vorliegenden Arbeit wird eine Petrinetz-Semantik für BPEL4WS vorgestellt. Dazu wird gezeigt, dass jedes Konstrukt der Sprache BPEL4WS in ein Petrinetz-Muster übersetzt werden kann. Damit ist es möglich, jeden in der Geschäftsprozesssprache BPEL4WS modellierten Geschäftsprozess in ein Petrinetz zu transformieren. Bei der Entwicklung der Semantik kann auf Forschungsergebnisse aus dem Bereich Petrinetze als Werkzeug zur Geschäftsprozessmodellierung zurückgegriffen werden. 1

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5 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Motivation Zielsetzung der Arbeit Aufbau der Arbeit Anwendungsgebiet Geschäftsprozesse Prozessmodelle Web Services Web-Service-Ansatz Web-Service-Architektur Grundlagen Die WSDL-Beschreibung BPEL4WS Einführung in BPEL4WS Variablen und CorrelationSets Basisaktivitäten Strukturierte Aktivitäten scope Petrinetze Transformation Herangehensweise Übersetzungsansatz Allgemeiner Aufbau der Muster Das receive-muster Objekte Transformation der Basisaktivitäten empty wait assign reply asynchrones invoke synchrones invoke throw terminate Transformation der Strukturierten Aktivitäten sequence flow while switch

6 pick Transformation der link-semantik target-aktivität source-aktivität Aktivität mit source- und target-element Zusammenfassung Dead-Path-Elimination Transformation des scope Zustandsplätze scope Prozess Transformation der Event Handler Alarm-Event-Handler Message-Event-Handler Transformation des Fault Handler Beenden eines scope das stop-muster Standardmäßiger Fault Handler Nutzerdefinierter Fault Handler Transformation des Compensation Handler Idee der Transformation Basisaktivität compensate Standardmäßiger Compensation Handler Nutzerdefinierter Compensation Handler Zusammenfassung und Ausblick Klassifikation der Muster Ergebnisse Petrinetz-Semantik für BPEL4WS Bewertung der Semantik Alternative Ansätze Komposition von Web Services mit BPEL4WS Komposition von Web Services ohne BPEL4WS Weitere Arbeit A. Weitere Muster 119 A.1. Aktivitäten mit CorrelationSet und initiate= yes A.1.1. receive A.1.2. reply A.1.3. asynchrones invoke A.1.4. synchrones invoke A.1.5. pick A.2. link-semantik für suppressjoinfailure= no A.2.1. target-aktivität A.2.2. Aktivität mit source- und target-element A.3. Message-Event-Handler

7 A.4. Fault Handler im Prozess-Muster A.4.1. Beenden eines scope das stop-muster A.4.2. Standardmäßiger Fault Handler A.4.3. Nutzerdefinierter Fault Handler A.5. Compensation Handler A.5.1. Nutzerdefinierter Compensation Handler A.5.2. <compensate/> im Fault Handler A.5.3. <compensate scope= C > im Compensation Handler A.5.4. <compensate scope= C > im Fault Handler B. Beweise 140 B.1. Grundlagen B.2. Beweis der Eigenschaft stop stopped B.2.1. Beweis für die Muster der Basisaktivitäten B.2.2. Beweis für die Muster der strukturierten Aktivitäten und links B.2.3. Beweis für die Muster der Event Handler B.2.4. Beweis für das scope- und das Prozess-Muster B.2.5. Zusammenfassung und Ausblick

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9 Abbildungsverzeichnis 1. Verwendung eines Web Service Web-Service-Technologie-Stack WSDL-Beschreibung receive-muster für initiate= no empty-muster wait-muster mit until-bedingung wait-muster mit for-bedingung assign-muster mit from-variable assign-muster ohne from-variable reply-muster für initiate= no asynchrones invoke-muster für initiate= no synchrones invoke-muster für initiate= no throw-muster terminate-muster sequence-muster für n innere Aktivitäten flow-muster für n innere Aktivitäten while-muster mit einer Variable switch-muster mit zwei case-zweigen pick-muster mit (k-1) vielen onmessage-zweigen und initiate= no Muster einer Aktivität X, die target zweier links ist Muster einer Aktivität X, die source zweier links ist Muster einer Aktivität X, die target und source je zweier links ist scope-muster Prozess-Muster Muster des Alarm-Event-Handler mit zwei Alarm-Zweigen Muster des Message-Event-Handler mit zwei Nachrichten-Zweigen und initiate= no stop-muster Muster des standardmäßigen Fault Handler Muster des nutzerdefinierten Fault Handler mit (n-1) catch-zweigen Stack mit Speicherkapazität n= Muster für <compensate/> eingebettet im Compensation Handler Muster des standardmäßigen Compensation Handler Muster des nutzerdefinierten Compensation Handler mit <compensate/> Beispiel: Abräumen im Compensation Handler Transformation von BPEL4WS nach PNML receive-muster für initiate= yes reply-muster für initiate= yes asynchrones invoke-muster für initiate= yes synchrones invoke-muster für initiate= yes pick-muster mit (k-1) vielen onmessage-zweigen und initiate= yes Muster einer Aktivität X, die target zweier links ist

10 42. Muster einer Aktivität X, die target und source je zweier links ist Muster des Message-Event-Handler mit zwei Nachrichten-Zweigen und initiate= yes stop-muster des Prozesses Muster des standardmäßigen Fault Handler des Prozesses Muster des nutzerdefinierten Fault Handler mit (n-1) catch-zweigen im Prozess Muster des nutzerdefinierten Compensation Handlers mit <compensate scope= C > Muster für <compensate/> eingebettet im Fault Handler Muster für <compensate scope= C > eingebettet im Compensation Handler Muster für <compensate scope= C > eingebettet im Fault Handler wait-muster mit until-bedingung: p1p3 p4 p2p wait-muster mit for-bedingung: p1p4 p5 p3p assign-muster: p1p5 p6 p3p assign-muster ohne from-variable: p1p4 p5 p2p receive-muster (initiate= no ): p1p5 p6 p3p receive-muster (initiate= yes ): p1p5 p6 p3p reply-muster (initiate= no ): p1p5 p6 p3p reply-muster (initiate= yes ): p1p5 p6 p3p asynchrones invoke-muster (initiate= no ): p1p5 p6 p3p asynchrones invoke-muster (initiate= yes ): p1p5 p6 p3p synchrones invoke-muster (initiate= no ): p1p7 p8 p5p synchrones invoke-muster (initiate= yes ): p1p7 p8 p5p empty-muster: p1p3 p4 p2p throw-muster: p1p3 p terminate-muster: p1p3 p7 p2p sequence-muster: p2p10 p11 p9p flow-muster: p7p15 p16 p8p while-muster: p1p7 p8 p3p switch-muster: p5p11 p12 p4p pick-muster (initiate= no ): p6p11 p12 p5p pick-muster (initiate= yes ): p6p11 p12 p5p source-muster (suppressjoinfailure= yes no ): p2p6 p7 p5p target-muster (suppressjoinfailure= no ): p8p9 p10 p7p target-muster (suppressjoinfailure= yes ): p8p9 p10 p7p link-muster (suppressjoinfailure= no ): p14p16 p15 p13p link-muster (suppressjoinfailure= yes ): p14p16 p15 p13p onalarm-eh-muster: p6p22 p onalarm-eh-muster: p6p13p23 p onmessage-eh-muster (initiate= no ): p8p26 p onmessage-eh-muster (initiate= no ): p8p13p26 p onmessage-eh-muster (initiate= yes ): p8p26 p

11 82. onmessage-eh-muster (initiate= yes ): p8p13p26 p scope-muster: p21p23 p

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13 1 EINLEITUNG 1. Einleitung Die vorliegende Arbeit ist im Umfeld der Geschäftsprozessmodellierung einzuordnen. Genauer gesagt, beschäftigt sie sich mit der Modellierung verteilter Geschäftsprozesse mit Web Services unter Zuhilfenahme der Business Process Execution Language for Web Services (kurz: BPEL4WS) [CGK + 03]. Sie richtet sich an Modellierer von verteilten Geschäftsprozessen sowie an alle Personen, die sich für BPEL4WS interessieren. Zwar ist mit der Sprache BPEL4WS eine Methode zur Modellierung verteilter Geschäftsprozesse mit Web Services vorgegeben, allerdings besteht auch der Wunsch und die Notwendigkeit, die Sprache selbst und mit BPEL4WS spezifizierte Geschäftsprozesse zu verifizieren. Zur Unterstützung der Analyse mit formalen Methoden ist eine mathematisch fundierte Semantik erforderlich, die bislang noch nicht existiert. Diese Lücke soll die vorliegende Diplomarbeit schließen. In dieser Arbeit entwickeln wir eine formale Semantik für BPEL4WS. Wir verwenden Petrinetze, um die Sprachkonstrukte von BPEL4WS darzustellen Motivation In der heutigen Zeit ist für jedes Unternehmen effizientes und effektives Arbeiten wichtiger als jemals zuvor. Um überhaupt konkurrenzfähig zu sein und am Markt bestehen zu können, nutzen die Unternehmer jede Möglichkeit, die Kosten zu senken. Eine Möglichkeit besteht darin, die betrieblichen Abläufe die Geschäftsprozesse zu optimieren. Dazu ist es notwendig, die Geschäftsprozesse zunächst zu veranschaulichen. Zu diesem Zweck entwickelt man für einen Geschäftsprozess ein Modell ein vereinfachtes Abbild der Realität. In unserem Fall handelt es sich um ein Geschäftsprozessmodell. Erst mit dem Modell ist es möglich, über den Geschäftsprozess genau zu sprechen und ihn zu analysieren. Die Definition, Steuerung, Ausführung und Analyse von Geschäftsprozessen fasst man unter dem Begriff Workflow-Management zusammen. Workflow-Management ermöglicht die betrieblichen Abläufe so zu optimieren, das eine effektive und effiziente Ausführung gewährleistet ist. Im Zuge der Globalisierung und der internationalen Ausrichtung der Unternehmen ging Anfang der neunziger Jahre der Trend verstärkt dahin, verteilt ablaufende, lokale Geschäftsprozesse zu einem verteilten Geschäftsprozess zu kombinieren. Mit anderen Worten, Geschäftsprozesse sollen über die Unternehmensgrenzen hinaus miteinander verknüpft werden. Aufgrund dieser neuen Bedingungen ist das klassische Workflow- Management nicht mehr ausreichend. Andere Strukturen müssen geschaffen werden. Problematisch ist, dass verteilte Geschäftsprozesse auf unterschiedlichen Plattformen ausgeführt werden. Insgesamt lässt sich in Unternehmen eine klare Verlagerung weg von zentralen hin zu dezentralen Anwendungen erkennen. Dies stellt hohe Anforderungen an die IT-Infrastruktur und führt zur Entwicklung der Middleware. CORBA [OMG] und Transaction Processing Monitors (TP-Monitors) [GR92] sind zwei Beispiele. Ende der neunziger Jahre rückt mit den Application Servern eine neue Technologie in der Blickpunkt. Das Schlagwort lautet nun Enterprise Application Intergration (EAI) mit J2EE [Mic] und Microsoft.NET [Mic04] als bekannteste Vertreter. Trotz der neuen Technologie 11

14 1.1 Motivation 1 EINLEITUNG bleiben die alten Probleme bestehen. Die Middleware ist nicht flexibel genug. Sie muss auf die einzelnen Probleme und Anwendungsfälle zugeschnitten werden. Damit steigen die Kosten für die Wartung und die Entwicklung der einzelnen Infrastrukturen. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, entwickeln führende Unternehmen der Softwareindustrie (u.a. IBM, Microsoft, SUN Microsystem) eine neue standardisierte Architektur für verteilte Geschäftsprozesse. Diese sogenannte Web-Service-Architektur soll die Möglichkeit bieten, verteilte Geschäftsprozesse zu modellieren, zur Verfügung zu stellen und miteinander zu komponieren. Ein Web Service bezeichnet dabei eine lokal abgegrenzte Komponente, auf die über eine definierte Schnittstelle zugegriffen werden kann und die mit weiteren Web Services zu einem verteilten Geschäftsprozess zusammengefügt wird (vgl. [Kre01]). Die Vision ist eine erweiterbare Architektur, die verteilte Geschäftsprozesse unabhängig von der Software und der verwendeten Plattform ausführt. Gerade mit der Komposition von Web Services erhoffen sich die Unternehmen die Möglichkeit, neue Produkte und Services bereitzustellen und aufgrund der einheitlichen Architektur Kosten zu sparen. Beispielsweise könnte ein Unternehmen die Services einer Hotelbuchung und einer Flugreservierung zu einem neuen Service komponieren und damit dem Kunden sowohl den Flug als auch das Hotel aus einer Hand anbieten. Zur Beschreibung sowohl von einzelnen Geschäftsprozessen als auch der Komposition von Geschäftsprozessen wurde BPEL4WS entwickelt. Die Sprache stellt eine Syntax zur Modellierung von Web Services zur Verfügung. Am Beispiel von BPEL4WS erkennt man aber, dass die Web-Service-Vision noch weit von der Realität entfernt ist. Ein großes Problem ist die Uneinigkeit unter den Softwarunternehmen. Obwohl sich BPEL4WS schon in der Standardisierung befindet, gibt es auch alternative Vorschläge, wie beispielsweise das Web Service Choreography Interface (kurz: WSCI) [AAF + 00]. Die Sprachen haben zwar ähnliche Konzepte, sind aber trotzdem nicht kompatibel. Unabhängig von den Alternativvorschlägen hat BPEL4WS noch andere, hausgemachte Probleme. Im Jahr 2002 ist die Sprache BPEL4WS aus der Vereinigung von IBM s Web Service Flow Language (kurz: WSFL) [Ley01] und Microsoft s XLANG [Tha01] hervorgegangen. Sie vereinigt sowohl graphbasierte Kontrollstrukturen aus WSFL als auch blockbasierte Kontrollstrukturen aus XLANG. Zusätzlich wurde die Sprache um Konstrukte für die Fehlerbehandlung und die Kompensation von Prozessteilen erweitert. Damit stehen ihr mächtige Konzepte zur Verfügung. Wil van der Aalst et. al. vergleichen in [ADH03] BPEL4WS mit bestehenden Workflow-Management-Systemen. Sie stellen fest, dass BPEL4WS ausdrucksstärker sei, aber nichts wirklich Neues mitbringe und bezeichnen die Sprache als Old Wine in New Bottles. Die Ausdrucksstärke von BPEL4WS im Vergleich zu anderen Web-Service-Kompositionssprachen heben Wil van der Aalst et. al. auch in [WADH02] hervor. So sind beispielsweise XLANG und WSFL in Bezug auf die Ausdrucksmächtigkeit echte Teilmengen von BPEL4WS. Die Autoren stellen aber auch zwei Nachteile fest. Zum einen sei die Sprache sehr komplex und besitze aufgrund ihrer Entstehungsgeschichte zu viele überlappende Konstrukte. Das bedeutet, der Anwender hat die Möglichkeit, einen Sachverhalt sowohl graphals auch blockbasiert zu modellieren. Als zweites kritisieren die Autoren die nicht immer klare Semantik der Sprache. Die Spezifikation [CGK + 03] beschreibt die Sprache und ihre Konzepte anhand von Beispielen lediglich in textueller Form und legt mittels einer 12

15 1.2 Zielsetzung der Arbeit 1 EINLEITUNG XML-Schema-Definition die Syntax fest. Mit anderen Worten, für BPEL4WS existiert bis zum jetzigen Zeitpunkt keine formale Semantik. Blickt man auf die eben getätigten Ausführungen, zeichnen sich bei der Verwendung der Sprache BPEL4WS zur Modellierung von Web Services folgende Probleme ab: 1. BPEL4WS ist schwer verständlich, denn die Sprache enthält redundante Ausdrucksmittel und Mehrdeutigkeiten. 2. Aufgrund ihrer Entstehungsgeschichte hat BPEL4WS Inkonsistenzen. 3. Da für BPEL4WS keine mathematisch fundierte Semantik existiert, ist die Analyse von in BPEL4WS modellierten Geschäftsprozessen mit Unterstützung formaler Methoden nur eingeschränkt möglich. Um diese Probleme zu lösen und präzise über die Sprache reden zu können, benötigen wir eine Semantik für BPEL4WS Zielsetzung der Arbeit Das Ziel, das wir vor Augen haben, ist einerseits die Analyse der Sprache. Damit ist es möglich, Inkonsistenzen und Mängel aufzudecken und die Sprache zu verbessern. Andererseits versetzt uns eine Semantik ebenfalls in die Lage, in BPEL4WS modellierte Geschäftsprozesse zu analysieren. Letzteres ist besonders für den Modellierer und somit auch für den Anwender wichtig. Um eine Semantik zu erhalten, werden wir die Sprache BPEL4WS in eine formale Sprache transformieren. Aufgrund ihrer Erfolge bei der Beschreibung von Geschäftsprozessen erscheinen Petrinetze als der passende mathematische Formalismus. Sie zeichnen sich durch eine anschauliche graphische Notation und eine operationelle Semantik aus. Weiterhin existieren für Petrinetze viele Algorithmen zur formalen Analyse, wie Verifikation (z.b. im Bereich der Web Services [Mar03]) und Model Checking (z.b. [Sch00]). Wir erheben erstens den Anspruch auf Vollständigkeit, das heißt, das Modell soll alles das abbilden, was BPEL4WS ausdrücken kann. Zweitens legen wir Wert darauf, dass unsere Semantik strukturerhaltend und anschaulich ist. Drittens wollen wir mit Hilfe der Semantik jeden beliebigen in BPEL4WS spezifizierten Prozess in ein Petrinetz übersetzen können. Wir setzen diese Ansprüche um, indem wir alle Sprachkonstrukte aus BPEL4WS in ein Petrinetz übersetzen. Das Netz bildet das Muster des entsprechenden Sprachkonstruktes. Jedes Muster besitzt eine definierte Schnittstelle, um wie das entsprechende Sprachkonstrukt mit anderen Mustern zusammengesetzt werden zu können. Indem wir bei der Transformation alle Eigenschaften einer Aktivität erhalten, bewahren wir die Äquivalenz zwischen BPEL4WS und dem Petrinetz-Modell. Die Sammlung aller Muster bildet die Petrinetz-Semantik für BPEL4WS Aufbau der Arbeit Die vorliegende Diplomarbeit gliedert sich neben der Einleitung in vier Kapitel und einen Anhang, bestehend aus zwei weiteren Kapiteln. Im Folgenden gehen wir auf die Schwerpunkte der einzelnen Kapitel ein: 13

16 1.3 Aufbau der Arbeit 1 EINLEITUNG Weiter oben haben wir dargelegt, dass sich die Arbeit im Umfeld der Geschäftsprozessmodellierung einordnet. In Kapitel 2 stellen wir das Anwendungsgebiet genauer vor. Wir betrachten, was ein Geschäftsprozess ist und motivieren, warum das Erstellen eines Geschäftsprozessmodells wichtig ist und Petrinetze als Beschreibungsmittel geeignet sind. Weiterhin geben wir eine Einführung in das Umfeld und die Architektur von Web Services. In Kapitel 3 vermitteln wir dem Leser die Grundlagen für die Übersetzung von BPEL4WS in Petrinetze. Wir führen ausführlich in die Sprache BPEL4WS ein und erläutern alle Sprachkonstrukte. Im Anschluss folgt eine Unterweisung in Petrinetzen. Das Herzstück der Diplomarbeit bildet die Transformation von BPEL4WS in Petrinetze. In Kapitel 4 übersetzen wir nacheinander alle Sprachkonstrukte von BPEL4WS in ein Petrinetz-Muster. Dazu illustrieren wir jedes Muster in einer Abbildung und erläutern die wesentlichen Details, wie Besonderheiten, Szenarien etc. Abschließend fassen wir in Kapitel 5 die Ergebnisse der Arbeit zusammen und betrachten sie noch einmal kritisch. Desweiteren geben wir einen Überblick zu anderen Ansätzen aus der Literatur. Interessante Fragestellungen, die Ausgangspunkt weiterer Forschungsarbeit sein können, sind ebenfalls Bestandteil dieses Kapitels. Kapitel 4 zeigt nur ausgewählte Petrinetz-Muster. Alle übrigen Muster, die bei der Transformation entstanden sind, befinden sich im Anhang A. In Anhang B beweisen wir mit der Korrektheit der stop-komponenten der Muster eine wichtige Eigenschaft. 14

17 2 ANWENDUNGSGEBIET 2. Anwendungsgebiet Nachdem wir im letzten Kapitel motiviert haben, warum wir eine Petrinetz-Semantik für BPEL4WS entwickeln wollen, dient dieses Kapitel dazu, in das Anwendungsgebiet einzuführen. BPEL4WS ist eine Sprache zur Modellierung von Geschäftsprozessen im Web-Service-Umfeld. Aus diesem Grund erläutern wir als erstes in Abschnitt 2.1, was man unter einem Geschäftsprozess versteht. Um über einen Prozess sprechen und mit ihm arbeiten zu können, ist es notwendig, ein Modell von ihm zu entwerfen. In Abschnitt 2.2 begründen wir anhand einer Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile von Petrinetzen als Modellierungsmethode, dass Petrinetze ein geeigneter Formalismus zur Modellierung von Geschäftsprozessen sind. Das Kapitel schließt mit Ausführungen zu Web Services (Abschnitt 2.3): Wir geben einen Einblick in den Ansatz sowie in die Web-Service-Architektur und erläutern dabei insbesondere, welchen Platz BPEL4WS in dieser Architektur einnimmt Geschäftsprozesse In der Wirtschaft ist es immer wichtiger, effizient und korrekt zu arbeiten. Um diesem Ziel näherzukommen, versucht man, die betrieblichen Abläufe des jeweiligen Unternehmens die Geschäftsprozesse herauszuarbeiten. Zur Darstellung eines betrieblichen Ablaufs muss ein geeignetes Modell entwickelt werden. Dieses Modell kann dann bearbeitet, optimiert und ausführbar gemacht werden. Wir beginnen mit einer kurzen Einführung in die Begriffswelt der Geschäftsprozesse. Dazu definieren wir als erstes den Begriff Geschäftsprozess [OSS97]: Definition 1 (Geschäftsprozess). Ein Geschäftsprozess ist eine Folge von Aktivitäten, die in einem logischen Zusammenhang stehen, inhaltlich abgeschlossen sind und unter Zuhilfenahme von Ressourcen und eingehenden Informationen durch Menschen und/oder Maschinen auf ein Unternehmensziel hin ausgeführt werden. Als nächstes müssen wir erläutern, was man unter einer Aktivität versteht. Van der Aalst [Aal98] unterteilt Geschäftsprozesse in drei Dimensionen: Ressourcen, Aufgaben und Anwendungsfälle. Eine Aktivität beschreibt eine genaue Ausprägung dieser drei Dimensionen. Beispielsweise ist das Senden einer Empfangsbestätigung (= Aufgabe) durch den Mitarbeiter einer Versicherung (= Ressource) beim Eingang einer Schadensmeldung (= Anwendungsfall) eine konkrete Aktivität. Der Geschäftsprozess ist ein Vorgang in Wirtschaftseinheiten, der funktions-, hierarchie- und standortübergreifend ablaufen kann. Weiterhin zeichnet sich ein Geschäftsprozess durch einen definierten Anfang, ein definiertes Ende, erforderliche Eingaben und durch produzierte Ergebnisse aus. Greifen wir das obige Versicherungsbeispiel noch einmal auf, dann bildet der Eingang der Schadensmeldung den Anfang und dessen vollständige Abarbeitung das Ende des Geschäftsprozesses. In diesem Beispiel ist die Schadensmeldung gleichzeitig eine Eingabe und ein mögliches Ergebnis könnte die Begleichung des Schadens durch die Versicherung sein. 15

18 2.2 Prozessmodelle 2 ANWENDUNGSGEBIET Die informationstechnische Realisierung eines Geschäftsprozesses bezeichnet man als Workflow. Unter einem Workflow-Management-System (kurz: WFMS) versteht man ein Softwaresystem, das Workflows vollständig definiert, steuert und ausführt. Die Reihenfolge der Abarbeitung wird dabei durch die Workflow-Logik festgelegt (vgl. [Hol95]) Prozessmodelle Um über einen Geschäftsprozess genau sprechen zu können und ihn zu verstehen, muss er in einer geeigneten Darstellung vorliegen. Zu diesem Zweck verwendet man ein Modell, ein vereinfachtes Abbild der Realität. Im Falle eines Geschäftsprozesses handelt es sich um ein Geschäftsprozessmodell, das die Leistungsprozesse eines Unternehmens abbildet. Es stellt sich die Frage, welche Anforderungen ein Geschäftsprozessmodell erfüllen muss. In [BRvU00] werden u. a. die folgenden Punkte aufgezählt: Es muss abbildungstreu sein, das heißt, alle notwendigen Bestandteile des Geschäftsprozesses sind im Modell enthalten. Weiterhin sind auch die Reduktion und Einfachheit wichtig, denn wie der Begriff Modell schon sagt, soll es die realen Prozesse vereinfachen. Es gibt mehrere Beschreibungsmittel für die Geschäftsprozessmodellierung. In der Praxis werden z.b. Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPKs) [Sch01], die Flow Definition Language (FDL) [LR94], die Unified Modeling Language (UML) [OMG03], Statecharts [HP98] sowie Petrinetze [Aal98] verwendet. Petrinetze eignen sich dabei besonders gut. Zur Untermauerung dieser Aussage führen wir im Folgenden die Vor- und Nachteile von Petrinetzen als Beschreibungsmittel von Geschäftsprozessen auf. Beginnen wir mit den Vorteilen. Petrinetze besitzen eine formale Semantik. Modelliert man einen Geschäftsprozess mit einem Petrinetz, überträgt sich die Semantik auf das Modell, welches dadurch eine klare und präzise Definition erhält. Aufgrund der graphischen Repräsentation sind Petrinetze leicht erlernbar und verständlich (vgl. [Aal98]). Weiterhin kann zwischen der Aktivierung und der Ausführung der Aufgaben im Geschäftsprozess unterschieden werden, da Petrinetze sowohl zustands- als auch ereignisbasiert sind [JVW00]. Da Petrinetze in den letzten Jahrzehnten ein Gebiet intensiver Forschung waren, sind viele Eigenschaften bekannt, die man sich in der Geschäftsprozessmodellierung zu Nutze machen kann. Petrinetze bieten umfangreiche Analysemöglichkeiten, z.b. den Nachweis von Soundness [Aal98] und ermöglichen Verifikation, Validierung und Model Checking. Somit erreicht man auch eine höhere Qualität des Modells und des Produktes, denn die Netze können mittels eines Interpreters direkt ausführbar gemacht werden und dienen gleich als Eingabe für die Workflow-Engine [OSS97]. In [OSS97] werden noch die Flexibilität, die Integration von Daten- und Verhaltensaspekten sowie die Eignung zur Modellierung verteilter und kooperativer Prozesse aufgeführt. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass Petrinetze die hierarchische Strukturierung sowie die schrittweise Verfeinerung [Peu01] erlauben. Auch die Modellierung von Rollen, Daten und Zeit sind mit Petrinetzen möglich [Aal98]. Trotz der vielen Vorteile bei der Verwendung von Petrinetzen als Modellierungsmethode für Geschäftsprozesse gibt es aber auch einige nachteilige Aspekte. So sind bestimmte Anforderungen mit Hilfe von Petrinetzen nur schwer zu modellieren. Aus diesem Grund werden zur Modellierung nicht nur Low-Level-Petrinetze, wie z.b. Stellen-/Transitionen- 16

19 2.3 Web Services 2 ANWENDUNGSGEBIET Netze (S/T-Netze) [Rei85], sondern auch High-Level-Petrinetze (z.b. [WWV + 97]), verwendet. In Abschnitt 3.3 geben wir eine Einführung in Petrinetze. High-Level-Petrinetze zeichnen sich zwar durch eine noch größere Ausdrucksmächtigkeit im Vergleich zu den S/T-Netzen aus, verlieren dafür an Eigenschaften zur Analyse, so dass viele Fragen unentscheidbar werden [KHA02]. Ein weiterer negativer Aspekt liegt in der graphischen Repräsentation der Petrinetze. Ist der zu modellierende Prozess zu groß, wird das Petrinetz zu groß und verliert damit an Verständlichkeit für den Betrachter. Allerdings lässt sich letzterer Punkt durch die Möglichkeit der Verfeinerung und Vergröberung von Netzen sowie der Bildung von Komponenten abschwächen. Als Beispiel sei hier das Modulkonzept für Petrinetze von Kindler und Weber genannt [KW01b]. Die obige Gegenüberstellung von Gründen für und gegen die Verwendung von Petrinetzen als Beschreibungsmittel zur Geschäftsprozessmodellierung zeigt, dass einer Vielzahl von Vorteilen nur wenige Nachteile gegenüberstehen. Dies ist auch ein Grund für die Akzeptanz von Petrinetzen als Modellierungsmethode [Aal96]. Offensichtlich können mit Petrinetzen die oben erwähnten Anforderungen an ein Geschäftsprozessmodell erfüllt werden Web Services Bislang haben wir unser Augenmerk nur auf lokale Geschäftsprozesse gerichtet. In der Industrie steigt aber der Bedarf, mehrere, verteilt ablaufende Geschäftsprozesse zu einem verteilten Geschäftsprozess zu kombinieren. Das Internet soll dabei die Infrastruktur liefern. Führende Software-Unternehmen, wie IBM, Microsoft und SUN Microsystems arbeiten zur Zeit an der Entwicklung einer standardisierten Architektur für verteilte Geschäftsprozesse der Web-Service-Architektur. In den folgenden Abschnitten sollen der Web-Service-Ansatz sowie die konzeptionellen Grundzüge der Web-Service-Architektur vorgestellt werden Web-Service-Ansatz Der Begriff Web Service ist zum Modewort der Informatik geworden. Er wird sehr oft verwendet, allerdings nicht immer mit derselben Bedeutung. Da es keine eindeutige Terminologie gibt, um diese neue Technologie zu beschreiben, verwenden wir an dieser Stelle die folgende Definition [Moh02]: Definition 2 (Web Service). Ein Web Service ist eine abgeschlossene, selbsterklärende und modulare Software-Komponente, die über das Internet veröffentlicht, aufgefunden und benutzt werden kann. Ein Web Service stellt eine beliebig komplexe Funktionalität zur Verfügung. Ein veröffentlichter Web Service wird mit einer anderen Anwendung (möglicherweise ebenfalls wieder ein Web Service) zu einem neuen System komponiert. Der Nachrichtenaustausch zwischen Web Services basiert zumeist auf dem XML-Format. In Abb. 1 ist die Verwendung eines Web Service veranschaulicht: Ein Web Service stellt eine Software-Komponente mit bestimmter Funktionalität dar. Um diese Funktionalität 17

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