NOWE TECHNOLOGIE INFORMACYJNE DLA ELEKTRONICZNEJ GOSPODARKI I SPOŁECZEŃSTWA INFORMACYJNEGO OPARTE NA PARADYGMACIE SOA Dominik Radziszowski, Krzysztof Zieliński - Katedra Informatyki AGH

1. Wstęp

Obecne zmiany w zakresie budowy i architektur oprogramowania zapowiadają rychły zmierzch 40-

letniej dominacji monolitycznych architektur oprogramowania oraz stopniowe zastępowanie ich

przez systemy budowane zgodnie z paradygmatem SOA. Poprzez architektury monolityczne należy

rozumieć aplikacje, których tworzenie polega na integracji modułów oprogramowania. Integracja ta

ma charakter statyczny i trwały, co sprawia, że stworzone aplikacje są trudno modyfikowalne, a ich

dostosowywanie do zmieniających się warunków otoczenia – kosztowne i pracochłonne. Natomiast

SOA, które jest skrótem od angielskiego zwrotu „Service Oriented Architecture”, czyli architektury

zorientowanej na usługi, reprezentuje paradygmat, który stanowi kolejny przełom w zakresie filozofii

informatycznej oraz podejścia do podstawowych problemów programistycznych, a także wyznacza

kierunek budowy nowoczesnych systemów informatycznych na najbliższe dziesięciolecie. W

przeciwieństwie do dominujących obecnie architektur monolitycznych, aplikacje oparte o

paradygmat SOA tworzone są nie poprzez integrację, lecz poprzez kompozycję, a ich elementami

składowymi są autonomiczne usługi, a nie moduły oprogramowania.

Architektura SOA porządkuje relacje pomiędzy oferentami usług, a ich konsumentami

reprezentowanymi przez moduły oprogramowania wystarczająco duże, aby realizowały kompletne

funkcje biznesowe. Wnosi przede wszystkim takie własności niefunkcjonalne jak: ponowne użycie

elementów oprogramowania, enkapsulację funkcjonalności, precyzyjną definicję interfejsów oraz

elastyczność aplikacji tworzonych na drodze kompozycji.

Główne korzyści z zastosowania paradygmatu SOA w gospodarce elektronicznej oraz społeczeństwie

informacyjnym leżą w sferze ekonomicznej i wynikają z następujących przesłanek, zaobserwowanych

w praktyce:

• zmniejszenia kosztów opracowania i dostarczenia nowych rozwiązań informatycznych,

• zmniejszenia kosztów aktualizacji i modernizacji funkcjonujących systemów informatycznych

w celu dostosowania ich do zmian w otoczeniu,

• redukcji czasu potrzebnego do wprowadzenia nowego produktu na rynek,

• wzrostu wykorzystania już istniejących elementów systemu informacyjnego,

• rozszerzenia ilości oferowanych usług i lepszego zarządzania tymi usługami,

• poprawy funkcjonalności oferowanych rozwiązań.

Obecnie istnieją wyniki badań [3], które wskazują, że budowa systemu zgodnie z paradygmatem SOA

ponad 10 razy skraca proces modyfikacji systemu informatycznego firmy oraz ponad 5 razy skraca

proces jego budowy od podstaw w porównaniu architekturą monolityczną. Podobnie czas naprawy

błędów w systemie opartym na paradygmacie SOA skraca się około 4 razy w stosunku do tego, który

oparty jest na architekturze monolitycznej. Przekłada się to bezpośrednio na oszczędności finansowe

przedsiębiorstw z branży IT oraz ich klientów, co niewątpliwie przyczynia się do poprawy ich

konkurencyjności na arenie międzynarodowej.

Istotność i przełomowość podejścia SOA stoi u podstaw szerokiego zainteresowania światowych

laboratoriów badawczych tym obszarem, oraz intensywnych działań na rzecz maksymalnego

przyspieszenia szerokiego wykorzystania SOA w praktyce przemysłowej. W prace te aktywnie włączyli

się również naukowcy z wiodących polskich jednostek naukowo-badawczych, realizując w ramach

Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka projekt IT-SOA - „Nowe technologie informatyczne

dla elektronicznej gospodarki i społeczeństwa informacyjnego oparte na paradygmacie SOA”. Jego

celem strategicznym jest opracowanie metod i narzędzi umożliwiających praktyczne zastosowanie

paradygmatu SOA w procesie tworzenia nowoczesnych rozwiązań informatycznych dla poprawy

konkurencyjności polskich przedsiębiorstw, rozwoju elektronicznej gospodarki i społeczeństwa

informacyjnego.

Celem niniejszego opracowania jest przedstawienie kluczowych aspektów związanych z budową

systemów opartych na architekturze SOA oraz sposobu realizacji projektu IT-SOA, jego aktualnych

rezultatów i nadchodzących zadań. Struktura opracowania jest następująca: w rozdziale drugim

przedstawiono bazowe koncepcje leżące u podstaw architektury SOA oraz stanowiące fundament dla

konstrukcji zadań badawczych projektu. W kolejnym rozdziale przybliżono konsorcjum projektu oraz

harmonogram realizacji projektu. Rozdział czwarty wyznacza osiem kluczowych dla realizacji projektu

obszarów badawczych. Przykładowe, uzyskane już w wyniku ich realizacji rezultaty zostały zebrane w

rozdziale piątym. Rozdział szósty zawiera opis obszarów aplikacyjnych, w ramach których, z

wykorzystaniem opracowanych metod i narzędzi, stworzone zostaną pilotowe aplikacje zgodne z

paradygmatem SOA. Całość zamyka krótkie podsumowanie.

2. Geneza projektu

Za szczególnie trafną definicje SOA, należy uznać tę, zaproponowaną przez Institute for Enterprise

Architecture Developments (IFEAD) [2]:

Zorientowanie na usługi prezentuje idealistyczną wizję świata, w której zasoby są klarownie

podzielone i spójnie reprezentowane. W odniesieniu do architektur IT, zorientowanie na usługi

oznacza ustalenie uniwersalnego modelu, w którym logika przetwarzania informacji jak i logika

biznesowa są zgodne z tą wizją. Model ten stosuje się równorzędnie do zadań, rozwiązań,

organizacji, społeczności i innych elementów ekosystemu.

Podejście SOA kładzie nacisk na fakt, że usługi są dobrem – funkcjonalnością o określonej wartości

organizacyjnej, która sama jako taka podlega procesowi zarządzania w trakcie swojego cyklu życia.

Jak wszystkie inne dobra, muszą one być wytwarzane, sprzedawane bądź dzierżawione. Elementem

wspierającym ten proces są repozytoria usług - katalogi umożliwiające między innymi:

• wyszukanie usługi,

• określenie, jak może być użyta,

• określenie, gdzie jest zlokalizowana,

• która organizacja jej używa,

• jakie procesy biznesowe są z nią powiązane.

Jednym z głównych zadań inicjatywy SOA jest rozwiązanie znanego problemu związanego z kosztem

integracji systemów. Budowa aplikacji zgodnie z paradygmatem SOA prowadzi do modelu firmy

określanego jako zero-integracji (ang. zero-integration enterprise). Konsekwentna budowa systemu

zgodnie z architekturą SOA pozwala bowiem zastąpić kosztowny proces integracji procesem

kompozycji, który może być przeprowadzony dynamicznie, pozwala na adaptację systemu do nowych

uwarunkowań oraz jest znacznie mniej kosztochłonny.

Architektura SOA powiązana z systemami wspierania decyzji typu „business intelligence” umożliwia

zarządzanie procesami biznesowymi w czasie rzeczywistym. Rozwiązanie to może przyjąć formę EDD

(Executive Digital Dashboard), czyli systemu, który dostarcza kierownictwu firmy w czasie

rzeczywistym metryki dotyczące wskaźników działania firmy. Jednym z podejść stosowanym w tym

zakresie jest Business Activity Monitoring (BAM). BAM dostarcza stosownych analiz procesów

biznesowych poprzez monitorowanie operacji przetwarzanych przez system komputerowy

związanych z tymi procesami. SOA upraszcza monitorowanie procesów między innymi dzięki:

• elastycznemu i przejrzystemu podejściu do integracji,

• optymalizacji procesów biznesowych poprzez ich logiczne modelowanie,

• eliminacji lub zmniejszeniu liczby używanych niestandardowych interfejsów.

Nie należy utożsamiać SOA z technologią Web Services. Użycie technologii Web Services nie oznacza

bowiem, że architektura systemu jako całości została zmieniona i że udostępniane usługi

reprezentują rzeczywiście moduły funkcjonalne procesu biznesowego. Wprowadzenie SOA oznacza

bowiem przeprowadzenie odpowiedniego procesu transformacji systemu a nie tylko zmiany

technologicznej.

Cykl życia aplikacji SOA obejmuje cztery fazy: modelowania, asemblacji, uruchamiania, oraz zarządzania. Fazy te dotyczą wszystkich aplikacji budowanych zgodnie z paradygmatem SOA, przy

czym nakłady na ich realizację mogą być zróżnicowane.

Faza modelowania aplikacji SOA dotyczy analizy wymagań oraz specyfikowania procesów

biznesowych. Jest to złożony proces wymagający w bardziej skomplikowanych przypadkach badań

symulacyjnych. W tej fazie definiuje się także wskaźniki oceny procesu (ang. key performance

indicators); elementy je mierzące mogą być wbudowane do aplikacji w celu jej monitorowania.

Faza asemblacji obejmuje wyszukanie serwisów spełniających wymagania specyfikacji zbudowanej w

fazie pierwszej oraz stworzenie nowych usług bądź aplikacji, które nie są jeszcze zaimplementowane.

Faza ta może także zawierać modyfikację już istniejących usług. Na tym etapie określa się także

politykę oraz warunki, które muszą być spełnione w trakcie działania aplikacji a także szereg innych

wymagań operacyjnych takich jak: lokalizacja, zasoby (moc obliczeniowa, pamięć, przepustowość,

itp.) i zależności między nimi, kontrola integralności oraz zabezpieczenia dostępu.

Faza rozmieszczania i uruchamiania (ang. deploy) dotyczy odwzorowania zdefiniowanych we

wcześniejszej fazie wymagań operacyjnych w istniejącą fizyczną bądź zwirtualizowaną infrastrukturę

sprzętową oraz uruchomienia aplikacji. Etap ten dotyczy także zintegrowania aplikacji SOA z usługami

infrastrukturalnymi realizującymi np. transakcyjność, bezpieczeństwo, czy kontrolę dostępu.

Faza zarządzania obejmuje działania związane z zarządzaniem i monitorowaniem aplikacji

uruchomianej w środowisku produkcyjnym. Monitorowanie stanowi krytyczną funkcjonalność

systemów IT, która dostarcza informacji o dostępności i działaniu usług. Funkcjonalność ta obejmuje:

(i) monitorowanie wskaźników jakości przetwarzania wywołań usług oraz (ii) zbieranie informacji

związanej z występowaniem błędów, ich lokalizacją, oraz odtwarzaniem stanu operacyjnego systemu.

Zarządzanie systemem jest związane z rutynowym administrowaniem systemem, w tym z

odpowiednim zabezpieczeniem aplikacji. Zarządzanie systemem obejmuje także predykcję

zapotrzebowania na zasoby. Bardzo ważnym obszarem zarządzania typowym dla SOA jest

zarządzanie procesem biznesowym oraz dostrajanie środowiska operacyjnego w celu osiągnięcia

wymagań określonych w fazie modelowania.

Architektura odniesienia dla SOA jest konstruowana z dwóch punktów widzenia:

• dekompozycji rozwiązania SOA na warstwy budujące usługi

• logicznej architektury aplikacji SOA reprezentującej podział systemu na komponenty

istotne z punktu widzenia oprogramowania pośredniczącego (ang. middleware).

Pierwszy z tych punktów widzenia jest reprezentowany przez model S3 zaproponowany przez firmę

IBM, obejmuje on dwa widoki:

• dostawcy usług –

realizować w celu spełnienia oczekiwań konsumenta,

• konsumenta usług

zgodnie z oczekiwaniami konsumenta powinny być zapewnione przez usługę użytą w

konkretnym kontekście.

Model S3 obejmuje dziewięć aspektów, które pozwalają organizacji na wybór różnego stopnia

integracji systemu konsumenta oraz dostawcy usług.

podejście top-down i wyjść od analizy wymagań konsumenta, które przekształcane są w procesy

biznesowe, które z kolei mogą stanowić kompozycję innych procesów i usług. Procesy i usługi są w

dalszej kolejności uszczegóławiane w postaci komponentów usługowych. Komponenty te zawierają

metadane wykorzystywane do opisu usług. Usługi mogą być zagregowane w moduły grupujące je z

punktu widzenia danego projektu i ułatwiające proces uruchamiania. Wynikowy zbiór definicji

procesów, usług i modułów stanowi logiczną architekturę aplikacji, która musi być odwzorowana w

architekturę fizyczną.

Rysunek 1. Architektura odniesienia SOA: widok logiczny

Składowe elementy architektury logicznej, z której zbu

przedstawione na rysunku 1. W jego części centralnej leży sześć serwisów (interakcji, procesu,

informacji, partnera, biznesu oraz dostępu), które stanowią zbiór usług bazowych wykorzystywanych

przez aplikacje w środowisku jej wykonania. Pozostałe serwisy są wykorzystywane do wspierania

usług bazowych. Centralne znaczenie dla architektury logicznej aplikacji SOA posiada

komunikacyjna Enterprise Service Busjednocześnie eliminując bezpośrednie połączenia pomiędzy klientem i konsumentem

się do szyny a nie bezpośrednio do serwisu. Czyni to infrastruktu

skalowalną i łatwiejszą w utrzymaniu niż sieć powiązań punkt

szereg dodatkowych usług, takich jak bezpieczeństwo, gwarancja dostawy, mediacje protokołów

i formatów danych itp. Funkcjonalność

się na zapewnieniu pomostu pomiędzy aplikacją SOA a istniejącymi aplikacjami. Łącznie te dwa

elementy stanowią kompleksowe rozwiązanie integrujące aplikacje SOA.

Architektura SOA jest także ściś

(ang. on-demand business), która jest bliska wizji

– obejmujący biznesowe i techniczne rozwiązania, które usługa musi

realizować w celu spełnienia oczekiwań konsumenta,

konsumenta usług – reprezentujący biznesowe i techniczne rozwią

zgodnie z oczekiwaniami konsumenta powinny być zapewnione przez usługę użytą w

konkretnym kontekście.

Model S3 obejmuje dziewięć aspektów, które pozwalają organizacji na wybór różnego stopnia

integracji systemu konsumenta oraz dostawcy usług. Analizując ten model wygodnie jest przyjąć

i wyjść od analizy wymagań konsumenta, które przekształcane są w procesy

biznesowe, które z kolei mogą stanowić kompozycję innych procesów i usług. Procesy i usługi są w

zegóławiane w postaci komponentów usługowych. Komponenty te zawierają

metadane wykorzystywane do opisu usług. Usługi mogą być zagregowane w moduły grupujące je z

punktu widzenia danego projektu i ułatwiające proces uruchamiania. Wynikowy zbiór definicji

ocesów, usług i modułów stanowi logiczną architekturę aplikacji, która musi być odwzorowana w

Architektura odniesienia SOA: widok logiczny

Składowe elementy architektury logicznej, z której zbudowana jest aplikacja SOA zostały

. W jego części centralnej leży sześć serwisów (interakcji, procesu,

biznesu oraz dostępu), które stanowią zbiór usług bazowych wykorzystywanych

przez aplikacje w środowisku jej wykonania. Pozostałe serwisy są wykorzystywane do wspierania

usług bazowych. Centralne znaczenie dla architektury logicznej aplikacji SOA posiada

Enterprise Service Bus (ESB) zapewniająca komunikację pomiędzy serwisami,

jednocześnie eliminując bezpośrednie połączenia pomiędzy klientem i konsumentem

się do szyny a nie bezpośrednio do serwisu. Czyni to infrastrukturę komunikacyjną bardziej klarowną,

skalowalną i łatwiejszą w utrzymaniu niż sieć powiązań punkt-punkt. Dodatkowo ESB zapewnia

szereg dodatkowych usług, takich jak bezpieczeństwo, gwarancja dostawy, mediacje protokołów

i formatów danych itp. Funkcjonalność ESB jest uzupełniona przez usługi dostępu, które koncentrują

się na zapewnieniu pomostu pomiędzy aplikacją SOA a istniejącymi aplikacjami. Łącznie te dwa

elementy stanowią kompleksowe rozwiązanie integrujące aplikacje SOA.

Architektura SOA jest także ściśle związana z wizją biznesu na żądanie

), która jest bliska wizji spontanicznego przedsiębiorstwa

obejmujący biznesowe i techniczne rozwiązania, które usługa musi

reprezentujący biznesowe i techniczne rozwiązania, które

zgodnie z oczekiwaniami konsumenta powinny być zapewnione przez usługę użytą w

Model S3 obejmuje dziewięć aspektów, które pozwalają organizacji na wybór różnego stopnia

Analizując ten model wygodnie jest przyjąć

i wyjść od analizy wymagań konsumenta, które przekształcane są w procesy

biznesowe, które z kolei mogą stanowić kompozycję innych procesów i usług. Procesy i usługi są w

zegóławiane w postaci komponentów usługowych. Komponenty te zawierają

metadane wykorzystywane do opisu usług. Usługi mogą być zagregowane w moduły grupujące je z

punktu widzenia danego projektu i ułatwiające proces uruchamiania. Wynikowy zbiór definicji

ocesów, usług i modułów stanowi logiczną architekturę aplikacji, która musi być odwzorowana w

Architektura odniesienia SOA: widok logiczny

dowana jest aplikacja SOA zostały

. W jego części centralnej leży sześć serwisów (interakcji, procesu,

biznesu oraz dostępu), które stanowią zbiór usług bazowych wykorzystywanych

przez aplikacje w środowisku jej wykonania. Pozostałe serwisy są wykorzystywane do wspierania

usług bazowych. Centralne znaczenie dla architektury logicznej aplikacji SOA posiada szyna

(ESB) zapewniająca komunikację pomiędzy serwisami,

jednocześnie eliminując bezpośrednie połączenia pomiędzy klientem i konsumentem – klient dołącza

rę komunikacyjną bardziej klarowną,

punkt. Dodatkowo ESB zapewnia

szereg dodatkowych usług, takich jak bezpieczeństwo, gwarancja dostawy, mediacje protokołów

ESB jest uzupełniona przez usługi dostępu, które koncentrują

się na zapewnieniu pomostu pomiędzy aplikacją SOA a istniejącymi aplikacjami. Łącznie te dwa

biznesu na żądanie

spontanicznego przedsiębiorstwa. Wizja ta musi być

wspierana przez dobrze zdefiniowaną infrastrukturę techniczną. Uważa się, że kluczowe atrybuty

SOA takie jak elastyczność, efektywność i gotowość do zmian wymagane przez podejście biznes na

żądanie są konsekwencją rozwiązań na poziomie:

• integracji,

• wirtualizacji,

• automatyzacji,

• otwartych standardów.

Wymienione poziomy i atrybuty zostały przedstawione na rysunku 2, który prezentuje także

transformację towarzyszącą realizacji wizji biznesu na żądanie w kontekście zmian atrybutów

architektur oprogramowania.

Systemy tradycyjne Systemy SOA

Wykonanie

automatyczne

Standardy

otwarte

Izolacja

Infrastruktura

fizyczna

Wykonanie

ręczne

Własne

standardy

Pełna

integracja

Infrastruktura

zwirtualizowanaWirtualizacja

Współpraca

Automatyzacja

Integracja

Rysunek 2. Ewolucja atrybutów architektur oprogramowania

Poszczególne warstwy można odnieść do architektury logicznej SOA.

Integracja dotyczy:

• użytkowników - obejmuje organizację interakcji na różnych poziomach: relacji

człowiek-człowiek oraz człowiek-proces. Dotyczy ona także narzędzi służących do

dynamicznego włączania ludzi w łańcuch akcji związanych z realizacją procesów

biznesowych,

• procesów - dotyczy powtarzających się usług horyzontalnych – takich jak

bezpieczeństwo, monitorowanie, orkiestracja (ang. orchestration), itp., które są

dzielone przez aplikacje i rozłączne w stosunku do ich funkcjonalności,

• aplikacji - ma na celu dołączenie do systemu istniejących już aplikacji i jest związana z

zapewnieniem połączenia, routingiem, transformacją danych, itp.

• systemów - dotyczy infrastruktury zarządzania i przetwarzania oraz dostarczania

danych do ludzi i aplikacji,

• danych - jest związana z reprezentacją i specyfikacją danych, a także zastosowaniem

standardów przeźroczystego dzielenia danych przez aplikacje.

Wirtualizacja jest koncepcją polegającą na ekspozycji zasobów w postaci najbardziej przydatnej do

zarządzania nimi i wykorzystywania przez aplikację. Może ona dotyczyć zarówno zasobów fizycznych

jak i mocy obliczeniowej, pamięci czy przepustowości sieci, jak i logicznych np. systemu

operacyjnego, czy też systemu plików. W kontekście korporacyjnych systemów IT i architektury SOA,

szczególnego znaczenia nabiera wirtualizacja organizacji oraz gridów.

Automatyzacja, ten poziom technologii nawiązuje zazwyczaj do koncepcji systemów autonomicznych

stanowiących próbę rozwiązania złożonych problemów zarządzania w dużych systemach

korporacyjnych. Podejście to opisują cztery kluczowe cechy:

• samonaprawianie - zdolność systemu do kontynuowania działania niezależnie od

uszkodzenia sprzętu bądź oprogramowania. Funkcja ta obejmuje detekcję błędów,

odtworzenie stanu oraz kontynuację działania systemu bez interwencji człowieka,

• samokonfiguracja - zdolność systemu do adaptacji do zmieniających się warunków

otoczenia oraz dynamicznego dołączania i odłączania jego elementów,

• samooptymalizacja - zdolność systemu do optymalizacji konfiguracji w celu

maksymalizacji efektywności działania systemu włączając w to zarządzanie

obciążeniem oraz dostrajanie alokacji zasobów. Proces ten jest realizowany w sposób

ciągły i wykorzystuje procedury uczenia się przy wykorzystaniu danych zbieranych

przez podsystem monitorowania,

• samoochrona - zdolność systemu do identyfikacji, antycypacji, detekcji i zapobiegania

zagrożeniom danych udostępnianych na zewnątrz organizacji.

Otwarte standardy, poziom ten dotyczy zasadniczo wszystkich omawianych wcześniej poziomów w

sensie doboru technologii implementacyjnej i reprezentacji danych. Stosowanie otwartych

standardów jest bowiem podstawą elastyczności i wzajemnej współpracy heterogenicznych

systemów komputerowych niezależnie od producentów konkretnych platform technologicznych.

Jedną z zalet paradygmatu SOA jest możliwość przyjęcia długofalowej wizji budowy systemu

informatycznego korporacji i jednocześnie wkomponowanie do niej elementów pozwalających na

uzyskanie natychmiastowych efektów. Dlatego większość strategii wdrażania systemów budowanych

zgodnie z tym podejściem zaleca tworzenie laboratoriów SOA oraz poprzedzenie etapu

implementacji badaniami ustalającymi wizję budowy sytemu w długim horyzoncie czasu.

3. Struktura projektu

Zarówno struktura i zadania badawcze projektu „Nowe technologie informatyczne dla elektronicznej

gospodarki i społeczeństwa informacyjnego oparte na paradygmacie SOA” zostały zdefiniowane tak ,

aby korespondowały z zarysowanym w poprzednim rozdziale obszarami problemowym SOA oraz

najnowszymi kierunkami badań naukowych. Adresują one zagadnienia zgodnie z wizją modelu

budowy tej klasy aplikacji zarówno w ujęciu całościowej architektury rozwiązania (model S3) jak i

cyklu życia aplikacji SOA oraz przewidywanej ewolucji tej klasy systemów.

Wyróżnione zadania nie obejmują wszystkich aspektów budowy i działania aplikacji SOA, zostały

jednak dobrane w sposób umożliwiający konstrukcję w pierwszej fazie projektu funkcjonalnych

i kompletnych metod i narzędzi w wybranych obszarach problemowych, oraz realizacje z ich

wykorzystaniem pilotażowych aplikacji SOA w istotnych obszarach przemysłowych, w fazie drugiej.

Efektem takiego podejścia jest nie tylko stworzenie konkretnych, w pełni funkcjonalnych aplikacji

SOA ale również praktyczna weryfikacja narzędzi zbudowanych w pierwszej fazie projektu.

Projekt jest realizowany w ośmiu, półrocznych etapach. Każdy z etapów określa zadania realizowane

w rozwijanych równolegle obszarach badawczych i aplikacyjnych odpowiednio w pierwszej i drugiej

fazie projektu - Rysunek 3. Aktualnie (maj 2010), realizowany jest etap III.

ETAP 5 ETAP 6 ETAP 7 ETAP 8

Badanie obszarów

dziedzinowych opracowanie

koncepcji wykorzystania

metod i narzędzi

Opracowanie eksperymental

nych wersji aplikacji

Badanie i doskonalenie

aplikacji eksperymental

nych

Opracowanie pilotowych

wersji aplikacji

31.122012

Obszar Badawczy 8

Obszar Aplikacyjny 1

Obszar Aplikacyjny 2

Obszar Aplikacyjny 3

Obszar Aplikacyjny 4

Obszar Aplikacyjny 5

Obszar Aplikacyjny 6

Doskonalenie metod i narzędzi dla systemów SOA

1/2 roku

ETAP 1 ETAP 2 ETAP 3 ETAP 4

Badanie technologii, opracowanie koncepcji i wykonanie projektów metod i narzędzi

Opracowanie eksperymental

nych implementacji

metod i narzędzi

Badanie i doskonalenie

rozwiązań eksperymental

nych

Opracowanie wersji

eksploata-cyjnych metod i narzędzi

1/2 roku01.012009

01.012011

Obszar Badawczy 2

Obszar Badawczy 3

Obszar Badawczy 4

Obszar Badawczy 5

Obszar Badawczy 6

Obszar Badawczy 7

Obszar Badawczy 1

Faza I Faza II

Rysunek 3 Harmonogram realizacji projektu

Etap 1 – Badanie technologii, opracowanie koncepcji i wykonanie projektów metod i narzędzi Realizowane w ramach tego etapu badanie technologii obejmowały studia literaturowe, analizę

istniejących i opracowywanych standardów najbardziej aktualnych platform, narzędzi i metod dla

SOA, a także planów ich rozwoju oraz wymagań i oczekiwań przyszłych użytkowników. Analiza

przeprowadzona, we wszystkich obszarach badawczych, była podstawą opracowania koncepcji

nowych oraz rozszerzenia istniejących metod i narzędzi dla SOA. Opracowanie koncepcji narzędzi

zakładało określenie podstawowych wymagań funkcjonalnych i niefunkcjonalnych oraz ustalenie

niezależnej od konkretnej technologii architektury i modelu danych, będących podstawą wykonania

projektów. Etap 2 – Opracowanie eksperymentalnych implementacji metod i narzędzi, polegał na zbudowaniu,

na podstawie zrealizowanych w poprzednim etapie projektów, oprogramowania narzędziowego oraz

określeniu odpowiednich procedur i metod ich wykorzystania. Przeprowadzone prace obejmowały

wybór środowiska programistycznego, stworzenie kodu źródłowego oraz testowanie jego

poprawności. Głównym tego celem etapu było zbudowanie eksperymentalnych wersji narzędzi tak,

aby możliwe było z jednej strony szybkie potwierdzenie realizowalności przyjętych koncepcji, a z

drugiej wstępną weryfikacja spełnienia przyjętych wymagań funkcjonalnych i niefunkcjonalnych.

Wynikiem prac są działające, przetestowane eksperymentalne wersje narzędzi.

Etap 3 – Badanie i ulepszanie rozwiązań eksperymentalnych, czyli stworzonych w drugim etapie

eksperymentalnych metod i narzędzi obejmuje ocenę ich wydajności, skalowalności, stabilności,

kompletności funkcjonalnej oraz ergonomii. W wyniku ich przeprowadzenia diagnozowane są

potencjalne problemy w ich wykorzystywaniu oraz określone możliwe rozszerzenia i ulepszenia

zarówno narzędzi jak i proponowanych metod. Doskonalenie rozwiązań eksperymentalnych polega

na wprowadzeniu uzupełnień do projektu i implementacji oraz, w razie konieczności, modyfikacji

architektury lub zmianie środowiska implementacyjnego i wykonawczego. Wynikiem etapu będą

wydajniejsze, posiadające bogatszą i lepiej dostosowaną funkcjonalność, ulepszone narzędzia i

metody dla SOA.

Etap 4 – Opracowanie wersji eksploatacyjnych metod i narzędzi, polegać będzie na ich

przygotowaniu do udostępnienia użytkownikom. Przygotowanie to obejmie pielęgnację kodu,

opracowanie i automatyzację procesu instalacji oraz integracji z innymi narzędziami oraz platformami

wykonawczymi, stworzenie dokumentacji technicznej oraz dokumentacji użytkownika. Wynikiem

etapu będzie, przyjazny w użyciu, dobrze udokumentowany zestaw metod i narzędzi, gotowy do

wykorzystania w drugiej fazie projektu.

Etap 5 – Badanie obszarów dziedzinowych, opracowanie koncepcji wykorzystania metod i narzędzi obejmuje, dla każdego obszaru aplikacyjnego niezależnie (OA1-OA6), analizę istniejących rozwiązań,

specyfikację wymagań funkcjonalnych i niefunkcjonalnych, identyfikację procesów biznesowych oraz

analizę aspektów prawnych wykorzystania technologii SOA występujących w danej dziedzinie.

Dokonany zostanie wybór technologii oraz platform realizacji w celu opracowania projektu

eksperymentalnych wersji aplikacji dziedzinowych zgodnych z paradygmatem SOA, wykorzystujących

metody i narzędzia stworzone w fazie pierwszej. Projekty te będą stanowić wynik prac w tego etapu.

Równocześnie prowadzone w ramach OB-8 prace będą służyły uwzględnieniu dodatkowych wymagań

dla metod i narzędzi, ujawnionych w trakcie realizacji aplikacji w obszarach dziedzinowych.

Etap 6 – Opracowanie eksperymentalnych wersji aplikacji polegać będzie na zbudowaniu w

architekturze SOA, na podstawie opracowanych w poprzednim etapie projektów, odpowiednich

modułów programowych o zadanej funkcjonalności. Przeprowadzone prace obejmą stworzenie kodu

źródłowego oraz testowanie jego poprawności. Głównym etapu celem jest zbudowanie

eksperymentalnych wersji aplikacji, tak by możliwa była szybka praktyczna weryfikacja

realizowalności oraz funkcjonalności przyjętych koncepcji. Wynikiem prac będą działające,

przetestowane eksperymentalne wersje aplikacji dziedzinowych.

Etap 7 – Badanie i doskonalenie aplikacji eksperymentalnych obejmować będzie weryfikację ich

wydajności, skalowalności, stabilności, kompletności funkcjonalnej, ergonomii oraz konsultacje z

potencjalnymi użytkownikami, którym, w celu weryfikacji, udostępnione zostaną demonstracyjne

wersje aplikacji. W wyniku przeprowadzenia badań zdiagnozowane zostaną potencjalne problemy w

wykorzystywaniu aplikacji oraz określone zostaną ich możliwe rozszerzenia i ulepszenia.

Doskonalenie aplikacji eksperymentalnych polegać będzie na wprowadzeniu zaproponowanych

ulepszeń poprzez realizacje uzupełnień do projektu i implementacji oraz, jeśli będzie taka

konieczność, modyfikację architektury lub zmianę środowiska implementacyjnego i wykonawczego.

Wynikiem tego etapu będą wydajniejsze, posiadające bogatszą i lepiej dostosowaną funkcjonalność,

ulepszone aplikacje dziedzinowe zbudowane zgodnie architekturą SOA.

Etap 8 – Opracowanie pilotowych wersji aplikacji polegać będzie na ich przygotowaniu do

udostępnienia potencjalnym użytkownikom. Przygotowanie to obejmie pielęgnację kodu,

opracowanie i automatyzację procesu instalacji oraz integracji z innymi narzędziami oraz platformami

wykonawczymi, ustalenie procedur aktualizacji stworzenie dokumentacji technicznej oraz

dokumentacji użytkownika. Wynikiem etapu będą przyjazne w użyciu, dobrze udokumentowane

pilotowe wersje aplikacji dla obszarów aplikacyjnych OA1-OA6.

Wnioskodawcą i koordynatorem projektu jest Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie pełniąca

jednocześnie funkcję koordynatora Sieci Naukowej IT-SOA, które integruje potencjał badawczy i

aparaturowy pięciu wiodących jednostek naukowych z czterech największych ośrodków

akademickich w Polsce:

• Akademii Górniczo-Hutniczej z Krakowa,

• Akademii Ekonomicznej z Poznania,

• Instytutu Podstaw Informatyki Polskiej Akademii Nauk z Warszawy,

• Politechniki Poznańskiej,

• Politechniki Wrocławskiej.

Stworzone konsorcjum scala umiejętności, wiedzę i doświadczenie wielu naukowców – specjalistów z

branży IT, udostępnia im posiadaną infrastrukturę badawczą oraz stwarza warunki pracy, konieczne

do osiągnięcia sukcesu badawczego.

4. Zadania badawcze projektu

Ze względu na interdyscyplinarny charakter projektu, zakres prac badawczych usystematyzowany

został poprzez wyodrębnienie ośmiu obszarów badawczych, są one realizowane w ramach pierwszej

fazy projektu zatytułowanej: „Badania w zakresie metod i narzędzi budowy systemów opartych na

paradygmacie SOA”. Celem realizacji tej fazy jest opracowanie metod i narzędzi wspierających

modelowanie, asemblacje, uruchamianie i zarządzanie systemami SOA, w oparciu o model S3.

Szczegółowe działania, zostały przedstawione w kolejnych punktach.

Usługi systemowe wspierające procesy integracji, kompozycji i wykonania aplikacji SOA (OB1) Budowa systemów informatycznych zgodnych z paradygmatem SOA wymaga odpowiednich

środowisk wykonawczych dostarczających usługi systemowe wspierające procesy integracji,

kompozycji i wykonania aplikacji komponowanych z pojedynczych usług. Wymienione procesy

obejmują cały cykl życia aplikacji SOA – począwszy od ich budowy, uruchamiania, monitorowania a na

zarządzaniu i ocenie efektywności skończywszy [5].

Wsparcie wymienionych procesów jest obecnie dostarczane przez technologie ESB [4] oraz SCA.

Obydwie te technologie są na etapie intensywnego rozwoju zarówno w zakresie technicznym jak i

metodologii ich praktycznego wykorzystania. Celem prac w ramach tego obszaru badawczego jest

opracowanie nowych, innowacyjnych mechanizmów rozszerzających rozważane technologie o

możliwości uwzględnienia wymagań jakościowych (QoS) w procesach systemowych obsługujących

cykl życia aplikacji SOA [6][7].

W związku z tym zakres prac będzie obejmuje opracowanie metod i strategii uruchamiania aplikacji

SOA wykorzystujących technologie ESB oraz SCA z uwzględnieniem wymagań funkcjonalnych oraz

wymagań dotyczących jakości usług, co wymaga rozbudowy tych środowisk o mechanizmy

monitorowania i zarządzania. Prace te zostały uzupełnione o zagadnienia detekcji awarii.

Mechanizmy te są wykorzystane w badaniach nad adaptacyjnym doborem instancji usług SOA i

routingiem semantycznym. Opracowanie wspomnianych usług systemowych związanych z

zarządzaniem wykonaniem aplikacji SOA jest ważnym etapem rozwoju tej klasy systemów. Zakłada

się, że opracowane usługi systemowe będą dynamicznie rozszerzać bazowe oprogramowanie tak, że

ich użycie oraz konfiguracja będą możliwe w trakcie wykonania aplikacji. Spełnienie tego wymagania

będzie możliwe dzięki opracowaniu i zastosowaniu odpowiednich technik budowy adaptowalnego

oprogramowania.

Mechanizmy i usługi wiarygodnej infrastruktury SOA (OB2) Przewidywane bardzo szerokie spektrum wykorzystania aplikacji SOA stwarza szczególnie duże

wymagania w zakresie wiarygodności infrastruktury ich wykonania [8][9]. Spełnienie tych wymagań

warunkuje bowiem w praktyce możliwość użycia paradygmatu SOA w takich obszarach, jak np. służba

zdrowia, bankowość czy telekomunikacja. Uzasadnia to podjęcie badań w zakresie mechanizmów

zwiększania dostępności i niezawodności realizacji usług. Celem prac badawczych realizowanych w tym obszarze będzie opracowanie mechanizmów

systemowych zapewniających pożądaną dostępność usług i poprawność ich wykonania. Prace te

będą stanowić rozwinięcie znanych z systemów rozproszonych technik takich jak replikacja,

odtwarzanie stanu oraz wykonanie transakcyjne – uwzględniające specyfikę aplikacji SOA. Dla ich

realizacji są opracowywane odpowiednie mechanizmy komunikacji grupowej oraz realizacji operacji

atomowych. W procesach realizacji odtwarzania stanu uwzględniono, oprócz odpowiednich

kryteriów spójności, także wymagania ciągłości realizacji procesów biznesowych. Prace te obejmują

formalną weryfikację i analizę złożoności protokołów tworzenia punktów kontrolnych dla aplikacji

SOA. W zakresie prac dotyczących wsparcia dla realizacji przetwarzania transakcyjnego

opracowywane są mechanizmy transakcyjności dla protokołów aranżacji i kompozycji usług w

długotrwałe procesy biznesowe.

Opracowane mechanizmy zwiększające dostępność i niezawodność realizacji usług zostaną

udostępnione w postaci usług systemowych możliwych do wkomponowania w sposób przeźroczysty

w tworzone lub istniejące aplikacje SOA.

Systemy wspomagania współpracy procesów biznesowych, usług i ludzi (OB3) Znaczenie paradygmatu SOA w budowie nowoczesnego oprogramowania polega na organizacji

współpracy procesów biznesowych, usług i ludzi. Aktualnie duży wysiłek badawczy jest związany

głównie z tym pierwszym aspektem, czyli z metodami integracji heterogenicznych systemów

komputerowych różnych jednostek gospodarczych i administracyjnych w celu realizacji wspólnych

przedsięwzięć. W praktyce biznesowej wąskim gardłem staje się współpraca ludzi uczestniczących w

procesach biznesowych. Komputerowe wspomaganie tej współpracy w sferze biznesu i administracji

jest dalece niewystarczające, stąd podjęcie badań w tym obszarze stało się szczególnie ważne.

Celem tego obszaru badawczego jest opracowanie narzędzi wspierających procesy współpracy

realizowane w ramach wirtualnych organizacji. Narzędzia te automatyzują procesy integracji

zasobów dla osiągnięcia zdolności przedsiębiorstw do szybkiej przebudowy modeli funkcjonowania i

współpracy, co implikuje możliwość podjęcia nowych wyzwań na polu biznesu. Prace dotyczą także

opracowania modelu współpracy uwzględniającego adaptacyjność protokołów współpracy do

aspektów kontekstowych występujących w złożonych strukturach organizacyjnych.

Metody automatyzacji kompozycji aplikacji i procesów biznesowych (OB4) Automatyzacja kompozycji aplikacji i procesów biznesowych jest jednym z najważniejszych obszarów

badawczych związanych z paradygmatem SOA. Realizowane w tym obszarze badania dotyczą

szerokiego spektrum zagadnień, począwszy od metod konstrukcji ontologii dziedzinowych, budowy

języków formalnych do definiowania interfejsów i usług, poprzez tworzenie repozytoriów usług oraz

protokołów publikacji opisów usług, a na wyszukiwaniu i automatycznej kompozycji usług złożonych

skończywszy [10][11].

Cechą charakterystyczną prowadzonych badań jest dążenie do wykorzystania wiedzy dziedzinowej

prezentowanej w postaci ontologii i odpowiednich opisów semantycznych w odniesieniu do każdego

z wymienionych zagadnień. W zakresie procesów wyszukiwania i kompozycji usług złożonych będzie

to skutkować ich automatyzacją.

Wynikiem realizacji prac będą metody i narzędzia do tworzenia i analizy opisu semantycznego,

klasyfikacji usług oraz metod ich semantycznego wyszukiwania. Opracowane są również procedury

programistyczne do automatycznej kompozycji usług złożonych, protokoły do aranżacji usług w grafy

przepływu prac (ang. workflow) oraz środowiska do ich wykonania i kontroli [7]. Będą one stanowić

rozszerzenie aktualnie istniejących i powstających w tym zakresie standardów opracowywanych

przez wiodące konsorcja takie jak: OMG, OASIS, SOA Consortium, OpenSOA.

Sprzętowe systemy SOA i wsparcie dla realizacji usług w środowiskach mobilnych (OB5) Systemy budowane zgodnie z paradygmatem SOA muszą uwzględniać nowe możliwości jakie wnosi

postęp technologiczny w zakresie sprzętowej realizacji algorytmów oraz mobilności urządzeń

komputerowych.

Opracowanie technologii realizacji sprzętowych systemów SOA (Hardware SOA – HSOA) znacząco

usprawni i zredukuje koszty łączenia niezależnych elementów otaczającego środowiska i systemów

informatycznych w jeden spójnie działający system. Systemy HSOA posiadają odmienne wymagania

w zakresie konstrukcyjnym – typowe dla klasy systemów wbudowanych, stosowanych do sterowania

urządzeniami i procesami przemysłowymi. Jest to grupa systemów jakościowo odmienna od

typowych systemów zarządzania rozważanych w kontekście technologii SOA, co uzasadnia podjęcie

odrębnych badań w tym zakresie.

Do budowy aplikacji HSOA została wykorzystana technologia FPGA, pozwala ona bowiem na

dynamiczne kreowanie połączeń układów logicznych w celu wykonania odpowiednich funkcji.

Zapewnia także szerokie możliwości zrównoleglenia obliczeń, co prowadzi do znacznego ich

przyśpieszenia. Prowadzone prace badawcze dotyczą zarówno konstrukcji odpowiednich modułów

sprzętowych wyposażonych w odpowiednie interfejsy komunikacji sieciowej, jak i implementacji w

układach FPGA protokołów komunikacji pomiędzy usługami oraz funkcjonalności udostępnianej przez

ich interfejsy.

Metody i narzędzia wykorzystania wiedzy dla potrzeb systemów SOA (OB6) Koncepcja SOKU (Service Oriented Knowledge Utilities) jest przykładem zorientowanego na usługi

podejścia do organizacji przetwarzania informacji, wykorzystującego jako element centralny wiedzę

w celu ułatwienia automatyzacji przetwarzania informacji i podwyższenia funkcjonalności systemu.

Podejście to zostało zaproponowane na podstawie obserwowanych trendów rozwojowych

telekomunikacji i informatyki oraz stosowanych praktyk wytwarzania rozwiązań teleinformatycznych

i koncentruje się na zasadach i metodach budowania środowisk przetwarzania wykorzystujących

techniki współpracy i samoorganizacji. W tym zakresie SOKU stanowi rozszerzenie paradygmatu SOA.

Badania dotyczące paradygmatu SOKU, dotyczą wykorzystania metod inżynierii wiedzy w zakresie

konstrukcji algorytmów analizy wymagań, automatyzacji projektowania i dostarczania usług, a także

zarządzania usługami i jakością ich wykonania. W tym celu opracowywane są specjalistyczne usługi

zarządzania ontologiami usług służącymi do reprezentacji wiedzy oraz środowisko zarządzania

wirtualnymi organizacjami z wykorzystaniem informacji semantycznych. Rozwiązania te wykorzystują

istniejącą w systemach SOKU możliwość kreowania zindywidualizowanych usług poprzez

komponowanie ich jako zestawów składowych usług atomowych (ang. composed atomic services).

Podjęto również prace w zakresie opracowania koncepcji hierarchicznej architektury oceny jakości

usług bazowych i usług złożonych w systemach SOKU. Są one związane ze zdefiniowaniem

jakościowych i ilościowych kryteriów oceny usług (w tym usług tworzonych w czasie rzeczywistym) w

odniesieniu do poszczególnych warstw proponowanej architektury oraz opracowaniem koncepcji

dostarczania, negocjacji i gwarancji jakości usług w systemach SOKU.

Zarządzanie środowiskiem i aplikacjami SOA (OB8) Sprawne zarządzanie systemami SOA jest warunkiem koniecznym możliwości efektywnego i ciągłego

korzystania z zasobów tych systemów oraz udostępniania usług zgodnie z oczekiwanym poziomem

jakości ich świadczenia (ang. Quality of Service – QoS). Jakość usług dotyczy wielu aspektów działania

systemu, w tym wydajności, niezawodności i bezpieczeństwa, a także kryteriów specyficznych dla

danej aplikacji [12]. W celu sprawnego zarządzania aplikacjami SOA z punktu widzenia jakości

realizacji procesów biznesowych potrzebne są mechanizmy i narzędzia, które umożliwią

monitorowanie metryk oceny działania aplikacji SOA oraz wykrywanie i diagnozowanie sytuacji

awaryjnych, jak również mechanizmy pozwalające na wyszukiwanie i dostarczanie usług dla klientów

zgodnie z uzgodnionym poziomem ich świadczenia (ang. Service Level Agreement – SLA).

Należy podkreślić, że narzędzia te posiadają inny charakter niż te rozważane w poprzednich

obszarach badawczych, gdyż dotyczą poziomu aplikacyjnego, a nie systemowego. W ramach

planowanych prac powstają metody i narzędzia do monitorowania jakości realizacji procesów

biznesowych, zarządzania i adaptacji wykonania usług gwarantujących wymagany poziom jakości

usług, a także definiowania polityki i szacowania bezpieczeństwa w systemach SOA.

Realizacja tych prac powinna umożliwić globalne zarządzanie systemami SOA uwzględniające politykę

ich funkcjonowania zdefiniowaną przez końcowego użytkownika i wykorzystujące w procesie jego

realizacji mechanizmy systemowe.

5. Przykłady realizowanych zadań

Rezultatem prowadzonych w pierwszej fazie projektu prac badawczych i implementacyjnych jest

opracowanie metod i narzędzi dla SOA. W kolejnych punktach przedstawiono kilka wybranych zadań

badawczych realizowanych przez Grupę Systemów Rozproszonych Katedry Informatyki AGH

dotyczących budowy zestawu narzędzi dla SOA oraz systemów mobilnych i HSOA.

AS3 Studio

AS3 studio jest zestawem narzędzi opracowanych, adresującym wszystkie warstwy "SOA solution

stack". Zawiera ono następujące, uzupełniające się wzajemnie, narzędzia zorientowane na

wprowadzenie mechanizmów adaptacji i zarządzania, leżące u podstaw nowej generacji systemów

SOA:

VEI - Virtual Execution Enviroment jest to zintegrowane narzędzie zarządzania wirtualizacją

zasobów w celu dostarczenia sprofilowanego środowiska wykonawczego dla aplikacji lub usług.

Działanie AS3-VEI polega na tworzeniu, monitorowaniu i modyfikacji zwirtualizowanych zasobów

obliczeniowych (tworzenie maszyn wirtualnych), komunikacyjnych (wirtualna sieć) oraz służących do

przechowywania danych (wirtualne dyski). Narzędzie umożliwia korzystanie z wielopoziomowego

systemu wirtualizacji zasobów obliczeniowych obejmującego: tworzenie logicznych domen, maszyn

wirtualnych oraz kontenerów. Operacje, które można wykonywać na zwirtualizowanej

infrastrukturze mogą być zlecane za pomocą interfejsu administratora lub autonomicznie z

wykorzystaniem polityki przydziału zasobów zaimplementowanej w systemie.

OSGi/ESB Monitoring to narzędzie umożliwiające monitorowanie federacji kontenerów ESB oraz

OSGi na poziomie systemowym oraz biznesowym. Parametry monitorowania są specyfikowane w

sposób deklaratywny na podstawie zadanego przez użytkownika scenariusza. Na ich podstawie

narzędzie dokonuje dynamicznej instalacji sensorów w monitorowanym środowisku oraz konfiguruje

odpowiednio warstwy zbierania, przetwarzania i prezentacji danych. Działanie systemu

monitorowania jest w pełni dynamiczne, co oznacza, że scenariusz monitorowania może być

dowolnie zmieniany w trakcie działania systemu. Mechanizmy oferowane przez narzędzie pozwalają

na określenie ziarnostości monitorowania zasobów oraz zapewniają reakcję na zmiany stanu usług w

monitorowanym środowisku. Integralną częścią systemu jest procesor zdarzeń złożonych

umożliwiający wykrywanie zadanych sytuacji w monitorowanym systemie, co jest szczególnie

przydatne w dużych rozproszonych aplikacjach.

Adaptive ESB jest narzędziem umożliwiającym zarządzanie adaptacją kompozycji usług

wykorzystujących szynę ESB w warstwie integracji. Narzędzie rozszerza szynę ESB o elementy

adaptowalności, których zadaniem jest realizacja złożonych usług zgodnie z wybraną przez

użytkownika polityką adaptacji, określającej wymagania w zakresie jakości wykonania usług.

Specyfikacja polityki adaptacji jest dokonywana na podstawie zadanego przez użytkownika modelu

wykonania serwisu złożonego, z uwzględnieniem metryk definiujących jakość wykonania tego

serwisu. System dostarcza wsparcia dla definiowania polityk oraz metryk w sposób przyjazny dla

użytkownika. Przetwarzanie polityk jest wspierane przez procesor przetwarzania polityk, co zapewnia

dużą skalowalność i efektywność tego procesu. Wykonanie polityki skutkuje odpowiednim

skonfigurowaniem elementów ESB odpowiedzialnych za dynamiczny wybór instancji usług

realizujących określoną funkcjonalność, tak aby zapewnić pożądaną jakość.

Adaptive SCA to narządzie pozwalające na zarządzanie adaptowalnymi usługami, stworzonymi z

wykorzystaniem komponentowej technologii SCA (Service Component Architecture). Adaptacja jest

dokonywana poprzez dynamiczny wybór instancji komponentów oraz odpowiedni dobór protokołów

komunikacji pomiędzy nimi. Operacje adaptacji są realizowane zgodnie z zadaną przez użytkownika

polityką uwzględniającą jakość wykonania usługi oraz obserwowaną jakości usługi. W celu określenia

polityki adaptacji, narzędzie oferuje odpowiedni interfejs użytkownika pozwalający na definiowanie

odpowiednich polityk, które są przetwarzane przez procesor polityk i skutkują odpowiednią

dynamiczną rekonfiguracją usługi zbudowanej z komponentów. W ten sposób Adaptive SCA rozszerza

technologię SCA o możliwości dynamicznej adaptacji usług, co wprowadza nową jakość w tej

warstwie systemu budowy aplikacji SOA.

BPEL Engine Monitoring (ang. Business Process Execution Language) pozwala na monitorowanie

przebiegu wykonania procesów biznesowych wykonywanych w różnych implementacjach silników

procesowych (aktualnie są wspierane Apache ODE oraz OpenESB). Narzędzie pozwala użytkownikom

biznesowym nieposiadajacym głębokiej wiedzy technicznej na śledzenie realizacji procesu BPEL w

oparciu nie tylko o informację o stanie procesu, lecz również jego zmiennych i parametrów. Proces

monitorowania realizowany jest przeźroczyście z punktu widzenia procesu, co sprawia, że nie musi

on być w żadnym stopniu modyfikowany. Integralną część tego narzędzia stanowi łatwa w użyciu,

intuicyjna konsola monitorowania dostarczająca zagregowanego widoku procesów, mechanizmów

filtrowania danych, powiadomień oraz drążenia danych.

Metadata Repository Management jest narzędziem służącym do jednolitego zarządzania

metadanymi pochodzącymi ze wszystkich warstw środowiska SOA. Ponieważ systemy oparte na

paradygmacie SOA mogą korzystać z różnorodnych metod rejestracji i wyszukiwania serwisów

zarówno lokalnych, jak i zdalnych, celem realizacji narzędzia jest zapewnienie spójnego,

zunifikowanego dostępu do metadanych. Ma to zasadnicze znaczenie dla międzywarstwowej

integracji środowiska wykonania aplikacji SOA i praktycznego wykorzystania narzędzi AS3 Studio.

Oprogramowanie to umożliwia obsługę metadanych odnoszących się do usług ESB, SCA, OSGi, a

także usług udostępnianych przez SLP (Service Location Protocol) oraz UPnP (Universal Plug and

Play).

Systemy mobilne i HSOA

Systemy mobilne i HSOA stanowią jakościowo odmienna grupę od typowych systemów zarządzania

rozważanych w kontekście architektury SOA. Posiadają one specyficzne wymagania w zakresie

konstrukcyjnym – typowe dla klasy systemów wbudowanych, stosowanych do sterowania

urządzeniami i procesami przemysłowymi. W ramach prac na tymi systemami badane i

opracowywane są technologie sprzętowej realizacji systemów SOA (HSOA), metod integracji

dostarczanych w ten sposób usług z sieciami sensorowymi oraz mechanizmy budowy aplikacji,

uwzględniające możliwości i specyfikę uruchamiania aplikacji SOA na urządzeniach mobilnych. Celem

prowadzonych prac jest także stworzenie spójnej architektury integracji tej klasy systemów z

aplikacjami SOA realizowanymi w środowisku stacjonarnych systemów obliczeniowych i sieci

komputerowych.

Uniwersalny interfejs systemu HSOA

W ramach prowadzonych prac wykonano szereg prototypowych rozwiązań, służących do budowy i

uruchamiania sprzętowych serwisów HSOA. Zrealizowane zostały adaptery modułów

komunikacyjnych dla, opartych na układach FPGA, zestawów uruchomieniowych firmy Altera,

moduły sterowania urządzeniami powszechnego użytku, zasilanymi energią elektryczną 230V oraz

oparty na układzie FPGA, moduł sprzętowego węzła HSOA. Opracowano również koncepcję

połączenia urządzenia SunSpot z układem FPGA. Wykonano szereg unikatowych modułów

sprzętowych umożliwiających budowanie prototypowych elementów węzłów HSOA. Opracowano

także wstępnie moduł komunikacyjny USB jako jeden z elementów służący do budowy sprzętowych

serwisów sieciowych oparty na architekturze SODA. Trwają prace nad opracowaniem uniwersalnego

interfejsu dla stworzonych prototypowych modułów HSOA oraz nad opracowaniem sprzętowych

algorytmów komunikacji z cyfrowymi czujnikami parametrów otoczenia (temperatury, wilgotności,

itp.).

Sześcionogi robot jako mobilny element HSOA

Kolejny wątek w obszarze HSOA stanowił zagadnienia związane z budową robota mobilnego. Robot

posiada sześć nóg, z których każda wyposażona jest w trzy serwomechanizmy. Każdy

serwomechanizm sterowany jest przez osobny obwód sprzętowy zrealizowany w układzie FPGA.

Skonstruowano i wykonano elementy mechaniczne robota, opracowano i uruchomiono przykłady

sprzętowych algorytmów sterowania serwomechanizmami. Trwają prace implementacyjne nad,

dedykowanym dla robota, modułem HSOA opartym na układzie FPGA EP3C40 firmy Altera.

Równolegle prowadzone są prace nad implementacją sprzętowych algorytmów poruszania się robota

w języku VHDL, a także sprzętowych algorytmów pozyskiwania obrazu z zamontowanej na robocie

kamery video.

Urządzenia mobilne

Efektem badań i prac w obszarze urządzeń mobilnych jest narzędzie wspomagające tworzenie

serwisów, które mogą być instalowane i wykorzystywane na urządzeniach mobilnych oraz

wykorzystujących inteligentne sieci sensorowe. Takie podejście rozszerza możliwości budowy

aplikacji SOA o platformy mobilne oraz umożliwia tworzenie usług wykorzystujących informacje o

otoczeniu: lokalizacji, temperaturze, wilgotności itp. Zbudowane środowisko uruchomieniowe

wspiera tworzenie usług z wykorzystaniem technologii OSGi oraz ułatwia budowę oprogramowania

dla sieci sensorowych zgodnie z modelem komponentowym SCA. Oprócz wsparcia fazy tworzenia

oprogramowania, narzędzie dostarcza także mechanizmów zarządzania usługami na współcześnie

wykorzystywanych platformach mobilnych.

6. Zadania aplikacyjne

Realizacja drugiej fazy projektu, zatytułowanej: „Badania w zakresie zastosowania opracowanych

metod i narzędzi do budowy pilotowych aplikacji”, będzie obejmowała działania w siedmiu

obszarach aplikacyjnych. Rezultatem ich realizacji będzie sześć pilotowych aplikacji, stworzonych w

oparciu o paradygmat SOA.

Opracowanie aplikacji SOA dla interaktywnych medycznych systemów telekonsultacyjnych (A1) Podjęcie prac w obszarze interaktywnych medycznych systemów telekonsultacyjnych jest wynikiem

dużego zainteresowania środowiska medycznego wykorzystaniem tego typu systemów oraz

doświadczeń realizatorów projektu w zakresie budowy takich aplikacji w dziedzinie kardiologii.

Pilotowe prace wykazały zasadność ekonomiczną takich rozwiązań i ich istotny, korzystny wpływ na

podnoszenie jakości usług medycznych. Zastosowanie podejścia SOA do realizacji systemów

telekonsultacyjnych pozwoli na bardziej efektywne i łatwiejsze ich dostosowanie do wymagań

użytkowników.

Realizacja środowiska dla interaktywnych telekonsultacji medycznych w oparciu o architekturę SOA

będzie wymagać budowy pilotowych wirtualnych organizacji wraz ze zwirtualizowanym

środowiskiem wykonawczym. Umożliwi to osiągnięcie odpowiedniego poziomu zarządzania i

monitorowania działania systemu, a przy wykorzystaniu wzorców konfiguracji pozwoli także na

sprawny przebieg procesu uruchamiania. Istotnym etapem prac będzie także opracowanie

repozytorium specjalistycznych usług SOA dla telekonsultacji medycznych, z którego usługi będą

dobierane zgodnie z określonymi wzorcami procesu biznesowego.

Opracowanie aplikacji SOA dla informacyjnych systemów medycznych (OA2) Możliwość precyzyjnego odwzorowania procesu organizacyjnego w systemach informatycznych

opartych o architekturę zorientowaną na usługi powoduje, że podejście to jest bardzo atrakcyjne do

wykorzystania w systemach informacyjnych przeznaczonych dla różnych gałęzi gospodarki. W ramach

obszaru aplikacyjnego dla informacyjnych systemów medycznych planuje się zdefiniowanie modeli

procesowych dla jednostek NZOZ i SPZOZ, przeprowadzenie ich symulacji i weryfikacji oraz

opracowanie implementujących je usług komunikacyjnych.

Prace te pozwolą w sposób efektywny integrować ze sobą istniejące systemy szpitalne HIS (ang.

Hospital Information System). W chwili obecnej brak jest na rynku kompleksowych rozwiązań tego

typu, stąd też istnieje duża szansa, że zaproponowane nowoczesne rozwiązania znajdą swoje

zastosowanie w praktyce. Pomocne przy tym będzie znaczne doświadczenie realizatorów projektu z

zakresu konstrukcji i wdrażania systemów medycznych.

W ramach realizacji modeli procesowych zostaną wykonane określone zbiory usług, wśród których

znajdą się: usługi wspomagania ewidencji zasobów, usługi udostępniania danych krytycznych, usługi

dla gabinetu oraz usługi na potrzeby elektronicznego rekordu pacjenta.

Platforma komunikacyjna dla elektronicznego rynku złożonych usług biznesowych (OA3) Technologie Internetowe wprowadziły nie tylko rewolucyjne zmiany w komunikacji pomiędzy

producentami, sprzedawcami i konsumentami, ale stworzyły również warunki do tworzenia nowych

modeli handlu. Analiza stanu rozwoju rynków elektronicznych wskazuje jednak, że istniejące e-rynki

są w znacznym stopniu niedoskonałe, czego główną przyczyną jest brak wsparcia dla realizacji

procesów biznesowych. Celem tego obszaru jest więc wykorzystanie technologii informacyjnej

opartej na paradygmacie SOA do realizacji otwartej i skalowalnej platformy na potrzeby

elektronicznego rynku złożonych usług biznesowych. Proponowana platforma będzie znacznie

rozszerzać dotychczasową formułę e-rynku m.in. poprzez automatyzację szeregu procesów

wchodzących w skład transakcji biznesowych takich jak: wyszukiwanie potencjalnych partnerów,

negocjację i uzgadnianie warunków, zawieranie umów itp.

Do realizacji założonego celu konieczne jest jednak pokonanie podstawowych barier, takich jak np.

brak wsparcia dla realizacji procesów biznesowych, które powstrzymują rozwój rynków

elektronicznych. Niniejszy obszar zakłada więc opracowanie ontologii dziedzinowych dla wybranych

rodzajów rynków elektronicznych, na podstawie których będą mogły zostać stworzone bazowe

interfejsy dla usługodawcy i usługobiorcy, a także formaty dokumentów oraz procedury ich

przetwarzania.

Opracowanie aplikacji SOA dla inwestycji w sektorze budowlanym (OA4) Tradycyjny model współpracy pomiędzy użytkownikami, opracowany na gruncie podejścia

inżynierskiego, koncentruje się przede wszystkim na technicznej stronie współpracy zaniedbując

aspekty interakcji z użytkownikami będącym uczestnikami procesu biznesowego. Tymczasem z

modułami programowymi architektury SOA związani są korzystający z nich ludzie, konieczne jest więc

uwzględnienie faktu, że przepływ i dostępność informacji odbywa się nie tylko pomiędzy modułami

programowymi, ale także pomiędzy osobami bądź zespołami ludzi. W szczególności współpraca taka

wymaga wsparcia w nowych modelach biznesowych opartych na pojęciu wirtualnych organizacji.

Przykładem dziedziny, w współpraca zespołów ludzi związanych procesem biznesowym ma

szczególne znaczenie jest obszar inwestycji w sektorze budowlanym. W chwili obecnej współpraca

firm tego sektora limitowana jest wąskim gardłem jakim jest tradycyjny model zarządzania oparty na

dokumentach papierowych i uzgodnieniach dokonywanych podczas bezpośrednich spotkań między

pracownikami. Prace w tym obszarze aplikacyjnym będą zmierzały do usunięcia tych ograniczeń

poprzez opracowanie zestawu usług wspomagających współpracę w sektorze budowlanym.

Przewiduje się, że w ramach tego obszaru aplikacyjnego opracowana elektroniczna platforma

umożliwiającej tworzenie i konfigurowanie wirtualnej organizacji na potrzeby realizacji inwestycji

budowlanej, opracowanie platformy hierarchicznego modelowania procesów postępowania

administracyjnego oraz stworzenie hierarchii procesów postępowań administracyjnych związanych z

realizacją inwestycji budowlanych. Niemniej istotne będzie przy tym stworzenie modułu

personalizacji dostępu do usług, którego zadaniem będzie ułatwienie współdziałania grupy procesów

i ludzi oraz opracowanie mechanizmów dynamicznej adaptacji modeli postępowania

administracyjnego do warunków danego postępowania.

Opracowanie sprzętowej realizacji aplikacji SOA dla monitorowania (OA5) Celem tego obszaru aplikacyjnego jest stworzenie modułów sprzętowych pozwalających na łatwe,

dynamiczne budowanie systemów kontroli i nadzoru otoczenia z wykorzystaniem podejścia HSOA.

Pozwoli to na zweryfikowanie w praktyce możliwości oferowanych przez sprzętową implementację

usług z użyciem układów FPGA w zakresie dynamicznej rekonfiguracji funkcji . Wybór obszaru

zastosowań jest związany z rosnącym znaczeniem systemów monitorowania i nadzoru środowiska

pracy i życia człowieka. W szczególności systemy oparte o proponowane rozwiązania pozwolą na

stałe kontrolowanie warunków panujących w monitorowanych budynkach i pomieszczeniach, w tym

detekcję ruchu, pomiar temperatury, wilgotności, hałasu, pojawienie się gazów trujących itp.

Jednocześnie funkcjonalność usług będzie można zmieniać dynamicznie w zależności od potrzeb i

stanu systemu.

Do realizacji założonego celu zostanie zbudowane środowisko zarządzania modułami HSOA, które

pozwoli na uruchamianie, konfigurowanie i monitorowanie pracy usług przy jednoczesnym

zapewnieniu podstawowych mechanizmów. Na bazie tak opracowanego środowiska zostaną

stworzone uniwersalne i adaptowalne moduły sprzętowe SOA przygotowane do dynamicznej zmiany

kodu co w połączeniu z opracowanymi w tym obszarze procedurami samokonfiguracji i

samowyszukiwania ułatwi integrację usług HSOA z pozostałą częścią systemu.

Opracowanie aplikacji SOA dla sektora telekomunikacji (OA6) W systemach telekomunikacyjnych od dłuższego czasu stosowane i implementowane są kolejne

wersje koncepcji Sieci Inteligentnych, których idea jest bliska koncepcji systemów SOA. Wraz z

rosnącym zainteresowaniem architekturą SOA konieczne jest jednak wypracowanie odpowiednich

technik i rozwiązań umożliwiających integrację usług telekomunikacyjnych z procesami biznesowymi

SOA operatora i klienta. Pozwoli to w nowatorski sposób wykorzystać złożone aplikacje SOA nie

należące dotąd do domeny telekomunikacyjnej. Ponadto umożliwi poszukiwanie i sprawdzenie

specyficznych zastosowań dla usług telekomunikacyjnych, a także pozwoli na lepszą predykcję

zapotrzebowania na określone usługi telekomunikacyjne na podstawie analizy zachowań

użytkowników systemu.

W celu integracji usług telekomunikacyjnych z procesami biznesowymi SOA operatora i klienta

zostaną opracowane scenariusze migracji usług Sieci Inteligentnych do usług systemów SOA i SOKU

oraz zostaną określenie wzorce procesów telekomunikacyjnych i wybranych procesów biznesowych

dla typowych usług operatorskich. Pozwoli to na opracowanie procedur integracji, a w efekcie na

opracowanie metodologii budowy aplikacji zintegrowanych. Jednocześnie do zapewnienia spójności

opisu komponentów systemu konieczne będzie opracowanie ontologii dziedzinowych dla różnych

klas systemów telekomunikacyjnych, które opisywać będą m.in. metryki QoS, bezpieczeństwo,

metody pomiarowe itp.

Integracja usług elementarnych poprzez aktywny udział użytkowników o różnym stopniu

przygotowania i rozumienia usług systemu telekomunikacyjnego wymaga ponadto opracowania

interfejsu użytkownika. Interfejs taki będzie pozwalał na dostęp do zasobów, w tym bazy usług

elementarnych oraz do konfiguratora usług.

7. Podsumowanie

Projekt „Nowe technologie informatyczne dla elektronicznej gospodarki i społeczeństwa

informacyjnego oparte na paradygmacie SOA” adresuje istotne, zgodne z najnowszymi kierunkami

badań naukowych, aspekty problemowe architektury SOA. Prowadzone prace koncentrują się

głównie w obszarze zarządzania systemami SOA, zwiększenia ich niezawodności i jakości działania

oraz rozszerzenia na klasy systemów wbudowanych i mobilnych. Wyróżnione zadania zostały

dobrane w sposób umożliwiający konstrukcję, w pierwszej fazie projektu, funkcjonalnych

i kompletnych metod i narzędzi w wybranych obszarach problemowych, oraz realizacje z ich

wykorzystaniem pilotażowych aplikacji SOA w istotnych obszarach przemysłowych, w fazie drugiej.

Efektem takiego podejścia jest nie tylko stworzenie konkretnych, w pełni funkcjonalnych aplikacji

SOA ale również praktyczna weryfikacja narzędzi zbudowanych w pierwszej fazie projektu.

Projekt „Nowe technologie informatyczne dla elektronicznej gospodarki i społeczeństwa

informacyjnego oparte na paradygmacie SOA” jest finansowany przez Ministerstwo Nauki i

Szkolnictwa Wyższego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu

Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka - nr POIG.01.03.01-00-008/08."

8. Bibliografia

[1] David W. McCoy, Yefim V. Natis, Service-Oriented Architecture: Mainstream Straight Ahead, ID

Number: LE-19-7652, 16 April 2003, Gartner Research.

[2] Eric Sweden, Service Oriented Architecture: An Enabler of the Agile Enterprise in State

Government, NASCIO Report, May 2006

[3] Trent Mayberry, Shiping Wang and Xiaoshu Chen , Accelerating Business Transformation Through

SOA– A Guide for Chinese Executives in the Private and Public Sectors, http//:www.accenture.com/

[4] The Forrester Wave: Enterprise Service Buses, Q1 2009," http://www.forrester.com/.

[5] D. Chappell, T. Erl, M. Little, B. Loesgen, S. Roy, T. Rischbeck, and A. Simon, Modern SOA

Infrastructure: Technology, Design, and Governance. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall PTR,

2010.

[6] T. Erl, SOA Design Patterns. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall PTR, 2009.

[7] T. Erl, Service-Oriented Architecture: Concepts, Technology, and Design. Upper Saddle River, NJ,

USA: Prentice Hall PTR, 2005.

[8] C. Hayman, The Benets of an Open Service Oriented Architecture in the Enterprise, 2005.

[9] B. Hutchison, M.-T. Schmidt, D. Wolfson, and M. Stockton, SOA programming model for

implementing web services, part 4: An introduction to the ibm enterprise service bus,

http://www.ibm.com/developerworks/library/ws-soa-progmodel4/ [Accessed 01/04/2009].

[10] SCA Service Component Architecture. Assembly Model Specifcation, version 1.00, OASIS, May

2007.

[11] M. Burstein, J. Hobbs, O. Lassila, D. Mcdermott, S. Mcilraith, S. Narayanan, M. Paolucci, B.

Parsia, T. Payne, E. Sirin, N. Srinivasan, and K. Sycara, OWL-S: Semantic Markup for Web Services,

Website, World Wide Web Consortium, November 2004. [Online]. Available:

http://www.w3.org/Submission/ 2004/SUBM-OWL-S-20041122/

[12] A. Ali, Z. Liang-Jie, E. Michael, A. Abdul, and C. Kishore, Design an SOA solution using a reference

architecture, improve your development process using the soa solution stack, IBM developerWorks,

2007. [Online]. Available: http://www.ibm.com/developerworks/library/ar-archtemp/