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Service-Oriented Computing with Wireless Participants - Adaptation Mechanisms and Decision Support for Lightweight Web Service Consumption

Papageorgiou, Apostolos :
Service-Oriented Computing with Wireless Participants - Adaptation Mechanisms and Decision Support for Lightweight Web Service Consumption.
TU Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Service-Oriented Computing with Wireless Participants - Adaptation Mechanisms and Decision Support for Lightweight Web Service Consumption
Language: English
Abstract:

At the crossroads of two hot trends of modern computer science, namely service-orientation and mobile computing, great potentials arise together with tough challenges. The list of advantages of combining these technologies is long and compelling: Outsourcing of data- and processing-intensive software tasks from mobile devices to more capable systems, quick mobile application development through the use of existing software services that are otherwise difficult to implement on mobile devices from scratch, and the list goes on. However, service-oriented messaging and description technologies are characterized by a verbose, self-descriptive nature, in order to achieve interoperability and platform-independence. This renders them often heavyweight and thus not always a good match for the resource-constrained nature of mobile, wireless devices.

In the face of the fact that very different devices will coexist in future service-oriented systems, researchers are diligently trying to tackle the aforementioned challenges by developing adaptation mechanisms. These are meant to allow the systems to dynamically and seamlessly switch to configurations that suit each particular participant. When it comes to one of the most important service-oriented technologies, namely Web services, adaptation for resource-constrained devices usually translates to an attempt to use lightweight ways of communication that are dictated by the system context.

The striving for enhancements in the field of Web service adaptation mechanisms for wireless participants starts with three simple questions: Which specific adaptation mechanisms can be used and what are their characteristics? Can the development of new adaptation mechanisms contribute to the currently existing possibilities? Which adaptation mechanisms should be used under which wireless system contexts? The systematic and scientific examination of these questions leads to the three corresponding main contributions of this thesis.

First, the conducted survey and comparison of Web service adaptation mechanisms is the first work examining the conditions of the wireless system context under which the adaptation mechanisms achieve significant benefits. Thus, the survey results can be used as a basis for examining the two further issues. Second, a new, caching-based Web service adaptation mechanism is presented. The developed mechanism is the first to enable the use of cached responses of external, i.e., third-party, Web services with guaranteed 100% freshness in an automated and generic manner. The freshness of cached objects refers to their probability of being up-to-date. The evaluation proves that the approach can lead to performance enhancements of mobile Web service invocations compared to other approaches that achieve absolute freshness. Third, provided that no single adaptation mechanism is the best-performing under all possible system contexts, the thesis offers insights with regard to the issue of corresponding decision support. Decision support algorithms that are based on the obtained survey results are developed and evaluated with focus on an important, yet uninvestigated aspect, namely the existence of missing system context data. The respective work reveals which data imputation approaches are best suited to the examined scenario.

By discussing the above issues within a well-defined future scenario of mediated Web service usage, the thesis provides further contributions, such as architectural solutions, engineering approaches, and problem formulations. All in all, its findings should be interesting for any work in the research area of mobile services.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
An der Schnittstelle zweier aktueller Trends in der Informationstechnik -Serviceorientierung und mobilem Computing- ergeben sich sowohl große Potentiale als auch Herausforderungen. Die Kombination dieser beiden Technologien bietet sowohl funktionale als auch nicht-funktionale Vorteile. Sie ermöglicht u.a. die Umschichtung daten- und verarbeitungsintensiver Software von mobilen auf performantere Hardware und die schnelle Entwicklung von Mobilanwendungen durch die Nutzung existierender Software Services, die nur schwer auf den mobilen Endgeräten implementiert werden können. Allerdings verwenden serviceorientierte Systeme zur Erreichung ihrer Ziele, darunter Interoperabilität und Plattformunabhängigkeit, in der Regel selbstbeschreibende und somit schwergewichtige Nachrichten- und Beschreibungsformate. Die Verwendung dieser Technologien auf mobilen, drahtlosen, in ihrer Leistung beschränkten Endgeräten, stellt sich somit als schwierig dar. Zukünftig wird eine große Zahl heterogener Endgeräte in serviceorientierten Systemen Anwendung finden. Daher wird in der Forschung verstärkt die Entwicklung passender Adaptionsmechanismen betrachtet. Diese Mechanismen sollen es einem System erlauben, dynamisch und nahtlos zwischen verschiedenen Konfigurationen umzuschalten, welche auf die Anforderungen der jeweiligen Endgeräte zugeschnitten sind. Im Hinblick auf den wichtigsten Standard im Umfeld serviceorientierter Systeme, d.h. Web Services, besteht eine solche Adaption häufig in der Erreichung einer leichtgewichtigeren Kommunikation, die sich an den Vorgaben des aktuellen Systemkontexts orientiert. Ausgangspunkt der Forschung zu Verbesserungen im Hinblick auf Web-Service-Adaptionsmechanismen für drahtlose Endgeräte sind drei grundlegende Fragen: Welche spezifischen Adaptionsmechanismen können verwendet werden und welche Charateristika besitzen diese? Kann die Entwicklung neuer Mechanismen weitere prinzipielle Möglichkeiten der Adaption eröffnen? Welcher Adaptionsmechanismus sollte in welchem mobilen/drahtlosen Systemkontext verwendet werden? Die systematische, wissenschaftliche Untersuchung dieser drei Fragestellungen führt zu den drei wesentlichen Beiträgen dieser Arbeit. Erstens enthält diese Arbeit eine Erhebung und einen Vergleich verschiedener Adaptionsmechanismen. Erstmalig wird in diesem Zusammenhang der Nutzen aller Mechanismen unter gegebenen Kontexten mobiler und drahtloser Systeme untersucht. Diese Untersuchung bildet die Grundlage zur Betrachtung der weiteren Fragestellungen. Zweitens wird ein neuer, Caching-basierter Adaptionsmechanismus für Web Services vorgestellt. Der Mechanismus ermöglicht erstmals die Verwendung von im Cache zwischengespeicherten Antwortnachrichten für externe -d.h., durch Dritte bereitgestellte- Web Services bei gleichzeitiger Sicherstellung von 100% Freshness in einer automatisierten und generischen Weise. Die Freshness von zwischengespeicherten Objekten bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit, dass ihre Inhalte aktuell sind. Im Rahmen einer Evaluation wird die Möglichkeit von Performanzverbesserungen beim mobilen Aufruf von Web Services im Vergleich zu anderen Ansätzen, die die Freshness garantieren können, nachgewiesen. Drittens wird -beruhend auf der Feststellung, dass kein Adaptionsmechanismus über alle Systemkontexte hinweg grundsätzlich die beste Performanz liefert- die Möglichkeit der Unterstützung bei der Auswahl von Adaptionsmechanismen untersucht. Entsprechende Entscheidungsalgorithmen werden auf der Grundlage einer vorhergehenden Erhebung entwickelt. In der hierauf aufbauenden Evaluation wird schwerpunktmäßig der bedeutsame, aber bislang unzureichend betrachtete Aspekt der Unvollständigkeit der den Systemkontext beschreibenden Daten untersucht. Aus den Ergebnissen ergeben sich Empfehlungen hinsichtlich der Wahl einer geeigneten Imputationsstrategie für das untersuchte Szenario. Die Arbeit betrachtet ein wohldefiniertes, künftiges Szenario der Web Service-Nutzung über eine Vermittlungsschicht. In diesem Rahmen enthält die Arbeit weitere Beiträge, darunter Architektur- und Entwicklungsansätze sowie Problemformalisierungen. Die vorliegende Dissertation stellt somit einen wichtigen Beitrag für künftige Arbeiten im Umfeld der Forschung von mobilen Services dar.German
Place of Publication: Darmstadt
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Web Services, SOA, SOC, mobile, wireless, adaptationEnglish
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Date Deposited: 22 Jun 2012 07:50
Last Modified: 07 Dec 2012 12:05
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-30127
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Steinmetz, Prof. Dr.- Ralf and Linnhoff-Popien, Prof. Dr. Claudia
Refereed: 24 May 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3012
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