Workfow Spezikationen für einen Knowledge-Server Konzeption und prototypenhafte Umsetzung XML-basierter Server-Workows

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1 Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik Institut für Informatik Fachgebiet Didaktik der Informatik Workfow Spezikationen für einen Knowledge-Server Konzeption und prototypenhafte Umsetzung XML-basierter Server-Workows Bachelorarbeit zur Erlangung des Grades Diplom Informatiker vorgelegt von Stefan Finke Betreuer Dipl.-Inform. Wolfgang Reinhardt Gutachter Prof. Dr. Johannes Magenheim Prof. Dr. Reinhard Keil Paderborn, 29. Oktober 2008

2 Zusammenfassung In einem bestehenden Single Point of Information System der Fachgruppe DDI an der Universität Paderborn fungiert ein Knowledge Server als zentrale Instanz. Der Server dient als Schnittstelle zwischen den angebundenen, unterschiedlichen Systemen und ist für die Steuerung, Analyse, Datenhaltung und die Handhabung verantwortlich. Die Steuerung der angeschlossenen Systeme soll exibel und anpassbar gestaltet werden, um die Bedienung für den Administrator einfacher zu gestalten. Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Steuerung des Systems über so genannte Workows und einer Workow-Engine, die im Server realisiert ist und für die Ausführung der Workows zuständig ist. Die Workows werden mittels XML deniert und können in einem graschen Werkzeug von einem Administrator erstellt und bearbeitet werden. Abstract In a Single Point of Information system of the professional group DDI of the university of paderborn a knowledge server acts as central instance. The server serves as an interface to dierent connected systems and controlls and analyzes the system and is furthermore responsible for data management and the handling. The management of the connected systems has to be exible and customizable. In this diploma thesis the management is realized with so called workows. The work- ows are described in XML and will be executed in a workow engine implemented in the server. Additionally there will be a tool, which allows the creation of workows gracally.

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Motivation Anforderungsanalyse Zielsetzung und Vorgehensweise Grundlagen und Problemanalyse Die Workow Management Coalition Das Workow Referenzmodell Interface 1: Workow Denition Interchange Interface 2: Workow Client Application Interface und Interface 3: Invoked Applications Interface 4: Interoperability Interface 5: Audit Data Specication Zusammenfassung Denitionen Workow Workow-Beschreibungssprache Workow-Management-System Das Single Point of Information-Konzept Stand der Technik Knowledge-Server als Single Point of Information Aktueller Stand des Knowledge-Servers Stand des Workow-Managements im KNS Fazit Workow-Engines JBoss Business-Process-Management Yet Another Workow Language - Architektur ActiveBPEL Workow-Beschreibungssprachen Yet Another Workow Language Business Process Execution Language XML Process Denition Language jpdl Zusammenfassung v

4 vi Inhaltsverzeichnis 4 Konzeption Grundidee Konzept des XML-basierten Workow-Systems Konguration des Servers und des Editors Workow-Management des Servers Nachrichtenmanagement und Datenverwaltung Workow-Struktur Workow-Editor Implementierung Verarbeitung und Speicherung der Informationen innerhalb des KNS Interaktion zwischen KNS und jbpm Das XML-Workowmanagement mit jbpm JBPMWorkowCreationFactory Implementierung der action-klassen MessageManager Erweiterung der KNS-Common-Lib XML-Beschreibung der Request-Nachrichten XML-Beschreibung der Standardschnittstellen XML-Beschreibung der Adapterschnittstellen Der Workoweditor Kommunikation des Editors mit dem KNS Implementierung der KNS-Schnittstellen Aufbau der graschen Oberäche Aufbau der entwickelten Workowstruktur Generieren, Laden und Löschen von KNS-Knoten Workow-Modellierung mit dem modizierten jpdl-editor Testläufe und Ergebnisse Vorstellung des Testverfahrens Aufbau der Auswertungstabellen Auswertung der Tests Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Ausblick Abbildungsverzeichnis 97 Tabellenverzeichnis 99 Literaturverzeichnis 101

5 1 Einleitung Dieses Kapitel gibt einen grundlegenden Einblick in den Problembereich der Arbeit und deniert die Anforderungen an das zu erstellende Konzept. In Abschnitt 1.3 werden abschlieÿend die Zielsetzung und das Vorgehen zur Erfüllung der Ziele aufgezeigt. 1.1 Motivation Im Rahmen der an der Universität Paderborn stattndenden Projektgruppenserie Mo- KEx ([MOK]) wurde das Single Point of Information-Konzept entwickelt. Bei diesem Konzept werden unterschiedliche Datenhaltungssysteme zusammengefasst und der Zugri über eine einzige Schnittstelle abgewickelt. Dieser Zugri stellt sich für den Anwender transparent dar und erleichtert ihm die Handhabung von Informationen. Das Konzept wird in Kapitel 2.3 vorgestellt. Das Prinzip des SPI wurde innerhalb der Projektgruppe in verschiedenen Servern umgesetzt. In dieser Arbeit wird die aktuellste Entwicklung betrachtet. Dabei handelt es sich um die Umsetzung eines Knowledge Servers (KNS), der entsprechend dem Konzept als Schnittstelle zwischen den unterschiedlichen angebundenen Systemen fungiert und für die Steuerung, Analyse, Datenhaltung und Handhabung der Informationen verantwortlich ist. In der aktuellen Implementierung werden Arbeitsabläufe im System über fest im Java- Quellcode bereitgestellte Workows realisiert. Diese Lösung ist sehr statisch und das Anbinden einer neuen Ressource im bestehenden Server-System würde eine Veränderung der Workows und der Workow-Engine im Server-Quellcode bedingen. Um das Anbinden neuer Systeme zu erleichtern und die Steuerung der schon angeschlossenen Systeme exibel und anpassbar zu gestalten, sollen zukünftig Workows zum Einsatz kommen, die ohne Eingri in den Serverkern erstellt werden können. Im Server selbst wird eine Open-Source Workow-Engine eingesetzt, die für das Ausführen der Workows zuständig ist. 1.2 Anforderungsanalyse Folgende spezielle Anforderungen werden an die Workows und die zugehörige Workow- Engine gestellt: 1

6 2 Einleitung Workows sollen in Anlehnung an Standards deniert werden, Workows müssen transaktionssicher ausgeführt werden, Workows sollten parallel ausführbar sein, Workows sollen andere Workows aufrufen können, Workows sollen über Fallunterscheidungen verfügen, Workows müssen eine Interaktion mit dem Anwender ermöglichen, die Workow-Engine muss die persistente Durchführung des Workows garantieren, das Deployment der erstellten Workows in der Workow-Engine des Knowledge- Servers soll einfach durchführbar sein. 1.3 Zielsetzung und Vorgehensweise Um die oben gestellten Anforderungen zu erfüllen, werden die folgenden Ziele für diese Diplomarbeit gesetzt. Zunächst gilt es sich in den Bereich des Workow-Managements einzuarbeiten. Dazu werden speziell zwei Aspekte betrachtet. Zum Einen gilt es die vorhandenen Workow- Beschreibungssprachen zu untersuchen und zum Anderen werden die bestehenden, Open-Source Workow-Management-Systeme evaluiert. Aus den Ergebnissen dieser Arbeitschritte wird ein Konzept für die Workow-Verwaltung im KNS entwickelt. Dabei ist sowohl die Workow-Engine im Server, als auch eine XML-Beschreibung der Workows zu entwerfen. Die Generierung und Bearbeitung der Workows soll dann in einem graschen Werkzeug stattnden, welches neben der XML-Ansicht auch eine grasche Modellierung unterstützt. Die Vorgehensweise zur Erreichung dieser Ziele gliedert sich wie folgt: 1. Einarbeitung in das Thema, Literaturrecherche, Evaluierung am Markt bendlicher Business-Process-/Workow-Management-Systeme (BPMS/WFMS), Re- Engineering des KNS-Quellcodes, Erstellung der Anforderungsspezikation an das zu entwickelnde System 2. Einsatzgebiet der Software (SPI, KNS) beschreiben, kritische Diskussion von Workow-Management-Systemen (WFMS) 3. Implementierungsplanung der Software a) Ablauf-, Sequenz-, Komponenten- und Klassendiagramme 4. Implementierung 5. Nicht-funktionale Tests 6. Verfassen der Diplomarbeit

7 7 Zusammenfassung und Ausblick Diese Kapitel gibt eine abschlieÿenden Überblick über das entwickelte Konzept. Im ersten Abschnitt werden die einzelnen Elemente der hier erstellten Lösung vorgestellt und kurz beschrieben. Abschnitt 7.2 gibt zum Abschluss dieser Arbeit eine Ausblick auf weitere Entwicklungsmöglichkeiten des Systems. 7.1 Zusammenfassung In dieser Arbeit wurde das bestehende Workow-Management in einem auf dem SPI- Konzept basierenden System ersetzt. Bei diesem System handelt es sich um den KNS, der von der Projektgruppenserie MoKEx innerhalb der Fachgruppe DDI entwickelt wird. Das Workow-Management des KNS lag als reine Java-Implementation im Server vor. In dieser Form gestaltete es sich allerdings sehr statisch und jede Änderung eines Workows erforderte einen Eingri in den Quellcode des Servers. Zur Lösung dieses Problems wurde in der vorliegenden Arbeit ein Worklow-Mangement auf der Basis von XML-Workow-Beschreibungen entwickelt. Dazu wurden bestehende Workow-Engines und -Beschreibungssprachen evaluiert. Als Ergebnis dieser Untersuchung wurde die jbpm-engine und die dazugehörige Sprache jpdl von JBoss als Grundlage für das zu entwickelnde System gewählt. Beide Produkte sind als Open- Source erhältlich. So konnte im Verlauf der Arbeit die XML-Workow-Beschreibung von jpdl um weitere Elemente ergänzt werden. Die Engine wurde dann in den Server integriert und hat das bestehende Management-System ersetzt. Zur Verwaltung der Workow-Denition und der Workow-Instanzen wurde eine SQL-Datenbank verwendet, die die Objekte persistent speichert. Sie wird über Hibernate von der jbpm angesprochen. Auch die Datenhaltung der Workow-Informationen wurde an das jbpm- Konzept angepasst. Die Daten werden nicht mehr in Java-Klassen abgelegt, sondern im Workow-Kontext gespeichert und so auch in die Persistenzdatenbank übertragen. Des Weiteren wurde die Anbindung der Adapter an den Server exibler gestaltet. Die über Schnittstellen angebotenen Funktionen des Systems werden über XML- Beschreibungen deniert. Diese werden im Server nach der Anmeldung der Adapter vom Server angefordert, der dann die darin denierten Schnittstellen des Adapters zur Verfügung stellt. Zur Erstellung der Workows wurde ein Editor entwickelt. Dieser baut auf dem jpdl- Editor von JBoss auf, der als Eclipse-Plugin realisiert ist. Der Editor wurde so erweitert, dass er sich beim Start an dem KNS anmeldet und die KNS-spezischen Daten über 95

8 96 Zusammenfassung und Ausblick spezielle Nachrichtentypen abfragt. Aus diesen Informationen generiert der Editor seine Oberäche. Dazu wird für jeden Adapter ein Abschnitt und innerhalb diese Abschnitts für jede Service-Schnittstelle des Adapters ein Knoten generiert, der diese Schnittstelle repräsentiert. Diese Elemente werden in der Werkzeugleiste angezeigt, in der auch die jpdl-elemente zu nden sind. Diese Erweiterung wurde über das Extension-Konzept von Eclipse entwickelt. Der Editor bietet neben der Erstellung noch weitere Funktionen an. Zum Einen können Workows in die jbpm im Server hochgeladen und zum Anderen aus der jbpm in den Editor geladen werden. Für die beschriebenen Interaktionen zwischen dem Editor und dem Server waren auch Änderung an der Nachrichtenbibliothek KNS-Common-Lib notwendig. Diese wurde um weitere Nachrichtentypen im diesem Bereich erweitert. 7.2 Ausblick Das SPI-System mit dem KNS bietet viele Einsatzmöglichkeiten und daher auch viele Erweiterungen. Einige sollen in diesem Kapitel kurz vorgestellt werden. Die erste Idee wäre die Anbindung neuer Systeme. Dabei könnte es sich um andere Systemarten wie die hier vorgestellten handeln. Es wäre zum Beispiel möglich, Wikis, Blogs, oder -Systeme an den KNS anzubinden und so über ihn auch Zugri auf die dort vorhandenen Funktionen zu erhalten. So könnten vereinheitlichte Front- End-Anwendungen für den Anwender zur Verfügung gestellt werden, bei denen er z.b. einen Wiki-Eintrag verfassen kann, ohne die speziellen Einschränkungen des jeweiligen Wikis beachten zu müssen. Eine weitere Idee wäre die Einführung eines Benutzer-Ratings in das KNS-System. Dieses könnte von den Aktivitäten im System abhängig gemacht werden. Diese Aktivitäten und somit auch das Rating wären dann von den angebundenen Systemen und deren Funktionalität abhängen. Dabei könnte den Funktionen z.b. je nach Nutzen für andere Anwender ein Werte zugewiesen werden, über den sich eine Bewertung errechnen lässt. Dies sind nur zwei Ideen um die das KNS-System erweitert werden könnte.