Search result management system (SerumS) [Elektronische Ressource] : an approach for efficient and consistent web services brokering / Quang Cua Cao

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Institut fur Informatik der Technischen Universitat Munchen¨ ¨ ¨Search Result Management System(SerumS) - An Approach for Efficientand Consistent Web Services BrokeringQuang Cua CaoVollsta¨ndigerAbdruckdervonderFakult¨atderTechnischenUniversita¨tMu¨nchenzurErlangungdes akademischen Grades einesDoktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)genehmigten Dissertation.Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. Johann SchlichterPru¨fer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. Eike Jessen, em.2. Univ.-Prof. Dr. Martin BichlerDie Dissertation wurdeam 14.12.2006 bei der Technischen Universita¨t Mu¨nchen eingereicht unddurch die Fakultat fur Informatik am 02.02.2007 angenommen.¨ ¨AbstractThe key concept of Web services is to make both inter- and intra-application integration pos-sible in a way that the integration does not depend on the platform or implementation of theservice customer or provider. Since the information about Web services and their providers is1usually managed in a central UDDI registry and the present UDDI standard does not offera mechanism for the automatic actualization of the Web service information, it is often inac-curate or outdated[1]. This work presents a concept for solving these problems. Moreover, itallows to optimize the Web service application process by adopting a Pull/Push technique andPublish/SubscribeModel based search and management system for Web services.

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Publié le 01 janvier 2007
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Institut fur Informatik der Technischen Universitat Munchen¨ ¨ ¨
Search Result Management System
(SerumS) - An Approach for Efficient
and Consistent Web Services Brokering
Quang Cua Cao
Vollsta¨ndigerAbdruckdervonderFakult¨atderTechnischenUniversita¨tMu¨nchenzurErlangung
des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. Johann Schlichter
Pru¨fer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. Eike Jessen, em.
2. Univ.-Prof. Dr. Martin Bichler
Die Dissertation wurdeam 14.12.2006 bei der Technischen Universita¨t Mu¨nchen eingereicht und
durch die Fakultat fur Informatik am 02.02.2007 angenommen.¨ ¨Abstract
The key concept of Web services is to make both inter- and intra-application integration pos-
sible in a way that the integration does not depend on the platform or implementation of the
service customer or provider. Since the information about Web services and their providers is
1usually managed in a central UDDI registry and the present UDDI standard does not offer
a mechanism for the automatic actualization of the Web service information, it is often inac-
curate or outdated[1]. This work presents a concept for solving these problems. Moreover, it
allows to optimize the Web service application process by adopting a Pull/Push technique and
Publish/SubscribeModel based search and management system for Web services. Furthermore,
the system searches proactively for new Web services and selects the appropriate service for the
service customer. This improves significantly the reaction time and the performance of the Web
service application process.
The following main contributions build up the core of the work:
• The current UDDI standard is extended by a Publish/Subscribe mechanism
• Service customers can use the Publish/Subscribe mechanism to register themselves for
certain Web services
• Reduction of response time for service customers by automatic searching for new Web
services by the service broker (in our case SerumS)
• Improved correctness and completeness of the search result
• Notification about new Web services and changes to the service customers through the
service provider
• Avoidance of inconsistent data by automatic update of the Web service information
The aim of this work is to use the “Publish-Subscribe Notification for Web services”[2] specifi-
cation for realizing the Publish/Subscribe mechanism, so that the result can be considered as
a replacement for a UDDI registry. The proof of concept (PoC), which results from this work,
has in addtion to the traditional functionalities of a UDDI registry also the features mentioned
above.
1Universal Description Discovery and IntegrationiiZusammenfassung
DasSchlusselkonzeptvonWeb Servicesliegt darin,sowohlUnternehmens-ubergreifendeals auch¨ ¨
-interne Anwendungsintegration auf die Art und Weise zu ermo¨glichen, dass die Integration
weder von der Plattform noch von der Implementierung des Service Customer oder Provider
abh¨angt. Da die Informationen zu den Web Services und deren Provider in einer zentralen
UDDI Registry verwaltet werden und der aktuelle UDDI Standard keinen Mechanismus zur
automatischen Aktualisierung der Web Service Informationen besitzt, sind diese sehr oft un-
genau und “out-of-date”[1]. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur Losung dieser Probleme¨
vorgestellt,welchesdaru¨berhinausdenWebServiceAnwendungsprozessdurchdenEinsatzeines
auf Pull/Push-Technik und Publish/Subsribe-Modell basierten Such- und Managementsystems
optimiert. Außerdem sucht das System proaktiv nach neuen Web Services und wahlt fur den¨ ¨
Service Customer den passenden Service. Dies verbessert significant die Reaktionszeit und die
Performanz des Web Service Anwendungsprozesses.
Die folgenden Hauptbeitrage bilden den Kern der Arbeit:¨
• Der aktuelle UDDI Standard wird um den Publish/Subscribe Mechanismus erweitert
• Service Customer ko¨nnen den Publish/SubscribeMechanismus benutzen, um sich fu¨r bes-
timmte Services zu registrieren.
• Reduktion der Antwortzeit fu¨r Service Customer durch automatisches Suchen nach neuen
Web Services durch den Service Broker (in unserem Fall SerumS)
• Verbesserte Korrektheit und Vollsta¨ndigkeit des Suchergebnisses.
• Die Service Customer werden von den Service Provider uber neue Web Services und ihre¨
¨Anderungen benachrichtigt.
• Vermeidung von inkonsistenten Daten durch automatisches Update der Web Service In-
formationen.
Das Ziel dieser Arbeit ist das Benutzen der “Publish-SubscribeNotification for Web services”[2]
Spezifikation fur die Realisierung des Publish/Subscribe Mechanismus, so dass das Ergebnis als¨
Ersatz fu¨r die UDDI Registry betrachtet werden kann. Das “Proof of Concept (PoC)” besitzt
zusatzlich zu den traditionellen Fuktionalitaten einer UDDI Registry auch die gerade erwahnten¨ ¨ ¨
Neuerungen.ivAcknowledgement
First of all, I would like to thank Univ-Prof. Dr. Eike Jessen and Univ.-Prof. Dr. Martin Bichler
for supervising this thesis and giving me the full freedom to work on it. I especially appreciate
their many suggestions and help duringmy research. I like to thank the colleagues at “Thechair
of Internet-based Information Systems (IBIS)”, particularly Adrian Paschke, for many precious
and fruitful discussions.
I would also like to thankDr. Manfred Jobmann for his discussions,and in particular for helpful
questions and suggestions which have improved the quality of this work.
Finally, I like to thank again my first supervisor Univ-Prof. Dr. Eike Jessen, Mcs. Mohammad
Khaleghi of the “Chair for Theoretical Computer Science and Foundations of Artificial Intel-
ligence”, Bilen Emek Abali and the colleagues of the chair “Network Architectures” for the
proof-reading of this thesis.viContents
1 Introduction 1
1.1 Distributed system architecture and application resource management . . . . . . 1
1.2 Push-Pull technique vs. Pull technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Pull technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Pull-Push technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 Methodology and structure of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 Introduction to Web services 13
2.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 How are Web services implemented? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 R´esum´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3 State of the Art - General issues 23
3.1 Different implementations of UDDI Business Registry node (UBR node) . . . . . 24
3.1.1 Non-uniform usability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.2 Distribution of Web service definitions over many UBRs . . . . . . . . . . 26
3.2 Inability to control the Web service data in the UDDI re-gistry . . . . . . . . . . 26
3.3 Non-authorised use of Web service data (against the intention of service providers) 27
3.4 Limited ontology (vocabulary) for representing service information in the UDDI
registry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.5 Timeliness and consistency issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.6 Performance related issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28viii CONTENTS
3.7 R´esum´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4 Current Evolutions 31
4.1 Ontology Web Language for Web services (OWL-S) . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.1.1 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.1.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2 Web services Inspection Language(WSIL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2.1 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.3 Two-Level UDDIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.3.1 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.3.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.4 Combination of Peer-to-Peer (P2P) and SOA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.4.1 Basic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.4.2 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.4.3 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.4.4 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.5 R´esum´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.6 Requirements for a new solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5 Our Solution - The Search Result Management System (SerumS) 49
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2 Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2.1 System interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2.2 SerumS workflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.2.2.1 SerumS-SC and SerumS-SP workflow . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.2.2.2 Autonomous task workflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.3 Comparison of SerumS with a traditional UDDI registry . . . . . . . . . . . . . . 55
5.4 Technologies and tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.4.1 The Search-Engine “Google” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57