Entwurfsmethode für service-orientierte Architekturen im dezentralen Energiemanagement

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1 Entwurfsmethode für service-orientierte Architekturen im dezentralen Energiemanagement Tanja Schmedes Betriebliches Informationsmanagement OFFIS Institut für Informatik MKWI 2008 Dezentralität als Entwurfsprinzip München, 27. Februar Februar 2008 Seite 1/21 Tanja Schmedes

2 Grundlagen Motivation, Problemstellung und Ziel Modellbasierte Serviceallokation für ein dezentrales Energiemanagement Zusammenfassung 27. Februar 2008 Seite 2/21 Tanja Schmedes

3 Dezentrale Energiemanagementsysteme (DEMS) Begriffsbildung Energiemanagementsysteme (EMS) werden zur zielgerichteten Planung, Steuerung und Lenkung von Energieflüssen in elektrischen Netzen eingesetzt. Dezentrale Energiemanagementsysteme (distributed energy management systems) sind umfangreiche und komplexe Berechnungs- und Kontrollsysteme, basierend auf WAN. Die funktionalen Komponenten eines DEMS sind geografisch verteilt und werden lokal eingesetzt. nach [Shahidehpour/Wang:2003] DEMS dezentrales Energiemanagement-System ist ein Forschungsprojekt der EWE AG mit verschiedenen Forschungspartnern wie dem OFFIS und dem Systemhaus BTC AG. 27. Februar 2008 Seite 3/21 Tanja Schmedes

4 Service-orientierte Architekturen (SOA) Begriffsbildung [ ] der Begriff Service in wohl jedem SOA-Projekt Gegenstand heftiger Diskussionen ist. [Siedersleben:2007] SOA: Eine Service-orientierte Architektur (kurz SOA) ist ein prozessorientiertes Architektur-Konzept, das den Aufbau einer Anwendungslandschaft aus einzelnen Services beschreibt. SOA ist Komponentenorientierung in Verbindung mit loser Kopplung und ausgelagerter Ablaufsteuerung. [Siedersleben:2007] Service: Das Konzept der SOA sieht die Bereitstellung fachlicher Dienste und Funktionalitäten in Form von Services vor. Ein Service ist eine Software-Komponente mit einer ganz bestimmten funktionalen Bedeutung, die in der Regel ein Geschäftskonzept höherer Ebene einkapselt. [Kraftzig/Banka/Slama:2007] 27. Februar 2008 Seite 4/21 Tanja Schmedes

5 SOA für das dezentrale Energiemanagement fachlicher Überblick 27. Februar 2008 Seite 5/21 Tanja Schmedes

6 DEMS: Anforderungen und Rahmenbedingungen Integration autonomer Akteure Wahrung der lokalen Autonomie einer Vielzahl von Akteuren durch ein lokales Energiemanagement vor Ort Berücksichtigung sensibler Daten Schutz sensibler Erzeuger- und Verbraucherdaten durch Information Hiding Komplexitätsreduktion Effiziente Planungs- und Steuerungsprozesse aller Anlagen (Erzeuger und Verbraucher) durch Hierarchisierung und Parallelisierung - Teile und Herrsche Ausfallsicherheit Gewährleistung eines ausfallsicheren Energiemanagements durch die Vermeidung eines Single-Point-Of-Failure Energieeffizienz und Netzstabilität Steigerung der Energieeffizienz und der Netzstabilität durch das Energiemanagement kleiner Teilnetze (Micro Grids) Dezentralisierung des Energiemanagements 27. Februar 2008 Seite 6/21 Tanja Schmedes

7 Vision: Dezentralisierung des Energiemanagements [Lucks/Meister/Schmedes:2007] 27. Februar 2008 Seite 7/21 Tanja Schmedes

8 Vision: Dezentralisierung des Energiemanagements [Lucks/Meister/Schmedes:2007] 27. Februar 2008 Seite 8/21 Tanja Schmedes

9 Serviceallokation Die Positionierung der Dienste erfolgt aufgrund fachlicher Vorgaben sowie qualitativer, nicht-funktionaler Anforderungen S VPP CC S VPP CC MGC MGC S MGC MGC AC AC AC S AC AC S AC E E V Wartbarkeit E E V Verfügbarkeit 27. Februar 2008 Seite 9/21 Tanja Schmedes

10 Methodenengineering Die Gestaltung der SOA erfordert ein ingenieurmäßiges Vorgehen, um systematisch planbar, nachvollziehbar und wiederholbar zu sein. [nach Gutzwiller:1994] Methode: Eine Methode legt ein Vorgehen in Form von Aktivitäten fest. Vorgehensmodell: Der Ablauf der Aktivitäten hinsichtlich der Reihenfolge wird als Vorgehensmodell bezeichnet. 27. Februar 2008 Seite 10/21 Tanja Schmedes

11 Vorgehensmodell modellbasierte Serviceallokation 27. Februar 2008 Seite 11/21 Tanja Schmedes

12 Vorgehensmodell modellbasierte Serviceallokation Geschäftslogikmodell Modellierung der Geschäftslogik Modellierung der Kommunikationstopologie Kommunikationstopologiemodell Spezifizierung nicht-funkt. Anforderungen (nfa) nfa-spezifikation Modellierung nfa nfa-modell Verteilungssystem Versteilungsstrategie erstellen Hierarchisches SOA- Modell Verteilung durchführen Transformation der Geschäftslogik-Modelle PIM (Platform Independent Model) 27. Februar 2008 Seite 12/21 Tanja Schmedes

13 Vorgehensmodell modellbasierte Serviceallokation Geschäftslogikmodell Modellierung der Geschäftslogik Modellierung der Kommunikationstopologie Kommunikationstopologiemodell Spezifizierung nicht-funkt. Anforderungen (nfa) nfa-spezifikation Modellierung nfa nfa-modell Verteilungssystem Versteilungsstrategie erstellen Hierarchisches SOA- Modell Verteilung durchführen Transformation der Geschäftslogik-Modelle PIM (Platform Independent Model) 27. Februar 2008 Seite 13/21 Tanja Schmedes

14 Vorgehensmodell modellbasierte Serviceallokation Geschäftslogikmodell Modellierung der Modellierung der Geschäftslogik DEMS-Geschäftslogik+nfA Kommunikationstopologie (DEMS-GL+nfA) DEMS-Geschäftslogik (DEMS-GL) Kommunikationstopologiemodell Spezifizierung nicht-funkt. Anforderungen (nfa) nfa-spezifikation Modellierung nfa nfa-modell Verteilungssystem Versteilungsstrategie erstellen Modellerweiterung Hierarchisches SOA- Modell Verteilung durchführen Spezifikation nicht-funktionaler Anforderungen (nfa) Transformation der Geschäftslogik-Modelle PIM (Platform Independent Model) 27. Februar 2008 Seite 14/21 Tanja Schmedes

15 Vorgehensmodell modellbasierte Serviceallokation DEMS-Serviceallokation (DEMS-SA) Geschäftslogikmodell Modellierung der Geschäftslogik Regelmodell und -sprache Fakt:= Paar (Service, potentieller Controller) Modellierung der Kommunikationstopologie Regel:= Tripel (Service, nfa, Controllereigenschaften) Tripel (Service, nfa, ControllerMenge) Kommunikationstopologiemodell nfa-modell Verteilungssystem Hierarchisches SOA- Modell Initiales Regelsystem Spezifizierung nicht-funkt. Faktenbasis DEMS: Anforderungen (nfa) (Erzeugerprognose, Anlagen-Controller) (Erzeugerprognose, MicroGrid-Controller) (Lastprognose, MicroGrid-Controller)... Modellierung Regelbasis DEMS: nfa (Erzeugerprognose, Autonomie, autonom und Blatt) (Lastprognose, Verfügbarkeit, ControllerMenge = Menge der potentiellen Versteilungsstrategie Controller) erstellen... Verteilungsalgorithmus Verteilung durchführen Auswahl der konkreten Controller aus KT, die die geforderte(n) nfa sowie weitere relevante Controllereigenschaften (z.b. steuerbar) erfüllen (Algorithmus löst zusammenhänge Services und in Konflikt stehende Regeln auf) Transformation der Geschäftslogik-Modelle nfa-spezifikation PIM (Platform Independent Model) 27. Februar 2008 Seite 15/21 Tanja Schmedes

16 Vorgehensmodell modellbasierte Serviceallokation Geschäftslogikmodell Modellierung der Geschäftslogik Modellierung der Kommunikationstopologie Kommunikationstopologiemodell Spezifizierung nicht-funkt. Anforderungen (nfa) nfa-spezifikation Modellierung nfa nfa-modell Verteilungssystem Versteilungsstrategie erstellen Hierarchisches SOA- Modell Verteilung durchführen Transformation der Geschäftslogik-Modelle PIM (Platform Independent Model) 27. Februar 2008 Seite 16/21 Tanja Schmedes

17 Eigenschaften der Methode modellbasierte Serviceallokation Zielorientierung: Die Methode unterstützt die beiden Ziele Serviceallokation unter Einbeziehung nicht-funktionaler Anforderungen sowie PIM als Ergebnis für nachfolgende MDA-Schritte durch ein Vorgehensmodell sowie entsprechende Werkzeuge. Systematik: Die Methode gibt eine systematische Struktur zur Zielerreichung in Form von Aktivitäten und deren Reihenfolge, auf Basis von Metamodellen definierte Ergebnisse sowie zur Ergebniserstellung benötigte Werkzeuge vor. Nachvollziehbarkeit: Das Vorgehen ist durch die Methodenbasierung nachvollziehbar und verständlich. 27. Februar 2008 Seite 17/21 Tanja Schmedes

18 Vorteile der Methode modellbasierte Serviceallokation Reduzierung der Komplexität: Neue Anforderungen werden zunächst fachlich modelliert, technische Aspekte werden erst abschließend eingebracht. Dokumentation und Nachhaltigkeit der Zielarchitektur: Die Methode verhindert Insellösungen, gewährleistet eine stabile Architektur und dokumentiert die Zielarchitektur. Integration nicht-funktionaler Eigenschaften: Verteilungsstrategien können zur Einhaltung nicht-funktionaler Anforderungen genutzt werden. Adaptierbarkeit der Zielarchitektur: Fachliche Änderungen erfolgen strukturiert, technische Änderungen können gekapselt integriert werden und betreffen nur eine Modellebene. 27. Februar 2008 Seite 18/21 Tanja Schmedes

19 Zusammenfassung und Ausblick Motivation: Die Dezentralisierung des Energiemanagements bedingt eine Verteilung der benötigten Prozess-, Funktions- und Datenservices. Die Gestaltung einer derart verteilten SOA erfordert ein ingenieurmäßiges Vorgehen. Entwicklung der Methode modellbasierte Serviceallokation um die strukturierte Konstruktion den systematischen Entwurf und die durch nicht-funktionale Anforderungen strategisch geleitete Verteilung einer SOA im dezentralen Energiemanagements zu gewährleisten. Die Methode unterstützt die beiden Ziele Serviceallokation unter Einbeziehung nicht-funktionaler Anforderungen sowie PIM als Ergebnis für nachfolgende MDA-Schritte Evaluation der Methode: Entwicklung prototypischer Werkzeuge und Anwendung der Werkzeuge zur Methodenevaluation Proof of Concept. 27. Februar 2008 Seite 19/21 Tanja Schmedes

20 Danksagung Forschungsprojekt DEMS 27. Februar 2008 Seite 20/21 Tanja Schmedes

21 Entwurfsmethode für service-orientierte Architekturen im dezentralen Energiemanagement Tanja Schmedes Betriebliches Informationsmanagement OFFIS Institut für Informatik MKWI 2008 Dezentralität als Entwurfsprinzip München, 27. Februar Februar 2008 Seite 21/21 Tanja Schmedes

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