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Cross-organizational Service-based Workflows - Solution Strategies for Quality of Service Optimization

Eckert, Julian :
Cross-organizational Service-based Workflows - Solution Strategies for Quality of Service Optimization.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2009)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Cross-organizational Service-based Workflows - Solution Strategies for Quality of Service Optimization
Language: English
Abstract:

By the application of the Service-oriented Architecture (SOA) paradigm on business processes, workflows can be decomposed into basic activities that can be realized by reusable services offering a specific business functionality. In order to compose cross-organizational service-based workflows, services can be sourced from internal as well as from external providers. On a large service market, services are offered with varying Quality of Service (QoS) levels and several pricing models. Providing a high level of QoS concerning composite services or service-based workflows is of high importance for an intermediary, acting as a service orchestrator, selling composed service-based workflows to his consumers. Besides efficient workload predictions, fast and efficient solution strategies for QoS and cost optimization are mandatory for the intermediary in order to stay competitive and to enable fast reaction strategies on varying demands of workflow execution requests. This thesis provides several contributions to the QoS optimization of service-based workflows from the intermediary's point of view. The main contribution is the development and the evaluation of efficient resource planning heuristics, facilitating the fast computation of invocation plans out of services with limited execution capacities, offered by a specific pricing model. Thus, a resource planning optimization model, solved by mathematical optimization with an exact solution as well as by the application of the developed heuristics, is introduced. Additional contributions address several challenges in the field of QoS optimization of service-based workflows. As a foundation, a classification of pricing models for services is developed and the impact of several pricing models on the service selection process for service-based workflows is presented. Several solution strategies for the QoS optimization are developed supporting the intermediary in the worst- and average-case performance analysis of service-based workflows. In an average-case analysis, key findings of queuing theory are adapted to the concept of service-based workflows and several optimization approaches are developed. These support the intermediary by the optimization of the service utilization incorporating constraints such as the overall response time. Furthermore, major concepts of network calculus are identified and adapted to the concept of service-based workflows. Consequently, optimization approaches are developed facilitating the optimization of QoS parameters such as the delay or the throughput in the worst-case. Finally, an architectural extension for generic QoS management systems for service-based workflows is proposed, facilitating the realization and implementation of the developed solution strategies for the resource planning of service-based workflows.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Eine durchgängige Anwendung des Paradigmas dienstbasierter Architekturen auf Geschäftsprozesse ermöglicht die Dekomposition von Workflows in grundlegende Aktivitäten, die durch Dienste einer bestimmten Funktionalität abgebildet werden können. Gerade im Hinblick auf die Realisierung von unternehmensübergreifenden dienstbasierten Workflows ist es möglich, Dienste sowohl von internen als auch von externen Anbietern einzubinden. Diese Dienste werden auf einem sogenannten Dienste-Marktplatz mit variierenden Dienstgütemerkmalen und verschiedenen Preismodellen angeboten. Für einen Intermediär, der Workflows komponiert und diese an seine Kunden verkauft, ist es von hoher Bedeutung einen Workflow mit hohen Dienstgüteeigenschaften anzubieten. Neben einer effizienten Vorhersage des Anfrageverhaltens sind schnelle und effiziente Lösungsstrategien zur Optimierung von Dienstgüte und Kosten von hoher Relevanz um wettbewerbsfähig zu bleiben und um schnell auf sich änderndes Nachfrageverhalten von Workflow-Ausführungsanfragen reagieren zu können. Die vorliegende Arbeit liefert verschiedene Beiträge zur Dienstgüteoptimierung von dienstbasierten Workflows aus Sicht eines Intermediärs. Kernbeitrag der Arbeit ist die Entwicklung und Evaluierung effizienter Heuristiken für die Ressourcenplanung, die eine schnelle Berechnung von Ausführungsplänen von Diensten mit begrenzter Ausführungskapazität und einem speziellen Preismodell ermöglichen. Zur Lösung des Problems der Ressourcenplanung werden mathematische Verfahren und Heuristiken eingesetzt. Weitere Beiträge dieser Arbeit adressieren verschiedene zusätzliche Herausforderungen der Dienstgüteoptimierung von dienstbasierten Workflows. Ausgangspunkt ist eine Klassifizierung von Preismodellen sowie die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Preismodelle auf den Diensteauswahlprozess. Darüber hinaus werden verschiedene Lösungsstrategien der Dienstgüteoptimierung entwickelt, die den Intermediär in der Analyse des mittleren und des schlechtesten Verhaltens hinsichtlich der Dienstgüte eines Workflows unterstützen. Für die Analyse des mittleren Verhaltens werden Erkenntnisse aus der Warteschlangentheorie an dienstbasierte Workflows adaptiert und Optimierungsansätze entwickelt, die es dem Intermediär ermöglichen, die Serviceauslastung unter der Berücksichtigung von verschiedenen Restriktionen, wie beispielsweise die Antwortzeit, zu optimieren. Für die Analyse des schlechtesten Verhaltens werden wesentliche Erkenntnisse aus dem Network Calculus identifiziert und an dienstbasierte Workflows adaptiert. Des Weiteren werden Optimierungsansätze entwickelt, die wesentliche Dienstgüteparameter wie beispielsweise Verzögerung oder Durchsatz optimieren. Abschließend wird eine Architekturerweiterung für Dienstgütemanagementsysteme vorgeschlagen, die die Realisierung und Implementierung der propagierten Lösungsstrategien zur Ressourcenplanung von dienstbasierten Workflows ermöglicht.German
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Multimedia Kommunikation
Date Deposited: 14 Oct 2009 07:43
Last Modified: 07 Dec 2012 11:55
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-19172
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Steinmetz, Prof. Dr.- Ralf and Zink, Prof. Dr.- Michael
Refereed: 6 October 2009
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1917
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