An extended web service composition model with teamwork semantics: -: -

Abstract

Web services and service based architectures have created opportunities to establish more flexible collaboration among different domains, such as smart cities, smart factories, resource management, intelligent transportation, health and many other. The aim of research efforts around web services is mainly to facilitate their handling and composition. Service composition constitutes a challenging task of service provisioning as it can produce new composite services with features not present in the individual ones. Also, service composition can serve applications or users on-demand basis, so the ability to efficiently select and integrate heterogeneous services at runtime becomes an important requirement to the Web service provision. This is also due to the fact that, by automatically composing services, their capabilities can be extended at runtime, therefore theoretically an unlimited number of new services can be created from an existing set of components, thus making applications no longer restricted to the original set of operations specified and envisioned at the design time. Initial web service efforts failed to hold the promise for providing generic mechanisms that support discovering, composing, evaluating, executing and monitoring web services in dynamic environments, especially with the issues raised by the development of new technologies such as Cloud Computing, Internet of Things and Cyber Physical Systems. Semantic technologies provide the tools to address various challenges related to the web services technology, particularly those to be performed in the dynamic mode. However, in order to realize this potential, significant hurdles still have to be overcome. To deal with these hurdles, an improvement of the process of service composition becomes necessary, especially a higher degree of autonomy. Following this direction, service composition has to proceed autonomously, which on the one hand side reduce human involvement to a minimum, but on the other side require certain capabilities on the part of the mechanisms that will support it. This research considers the Web service composition problem from the viewpoint of teamwork and addresses the challenge of developing teamwork services, i.e. autonomously composite services capable of exhibiting teamwork behavior. A service capable of exhibiting teamwork behavior is one that can effectively cooperate with multiple potential teammates on a set of collaborative tasks to achieve the overall team goal. Firstly, we lay down the foundations and describe the interaction of services by exploiting the role Model theory. The description of services with roles and behaviors act as mediator between the different Web service languages and a formal description that will enable the reasoning over new paths of collaboration for composition purposes. Then, we benefit from the teamwork theory, which has spanned diverse disciplines from business management to cognitive science, human discourse, and distributed artificial intelligence and contribute by determining the dominant teamwork roles that prevail during service group cooperation. Novel service teamwork roles are developed and the role modeling approach is extended to enable web services to automatically cooperate by enhancing service’s interoperability. These roles aim to (i) enable services to manipulate the uncertainties by being proactive during their participation in specific events, (ii) capture potential emergent behavior that happens in the domain during service design and execution, (iii) arrest and handle any misbehaving of other participants that occurs in the domain, (iv) act as the glue needed to reconfigure and combine services appropriately in dynamic and unpredictable environments. The teamwork role model becomes especially important in dynamic environments since it enables the development of more efficient composite services, which are stable teams of services such that their components-members promote better understanding and are able to cooperate effectively to achieve their objectives. Their teamwork behavior help them to manipulate the uncertainties by enabling proactiveness during their participation and by capturing emergent behavior during the process of composition, in which services may have neither complete nor correct view about their world or other services, that not only have changeable actions and goals but they are also subject to failure from external events.

Οι υπηρεσίες Ιστού και οι αρχιτεκτονικές που βασίζονται σε αυτές μας δίνουν ευκαιρίες για να εγκαθιδρύσουμε μια πιο ευέλικτη συνεργασία μεταξύ των υπηρεσιών σε διαφόρους τομείς, όπως εκείνους των έξυπνων πόλεων, των έξυπνων εργοστασίων, των μεταφορών, της υγείας κ.α. Ο κύριος στόχος των ερευνητικών προσπαθειών γύρω από τις υπηρεσίες Ιστού είναι η διευκόλυνση της περιγραφής, της αναζήτησης, του χειρισμού και της σύνθεσής τους με την τελευταία να αποτελεί πρόκληση καθώς επιτρέπει τη δημιουργία νέων υπηρεσιών με χαρακτηριστικά και δυνατότητες που δεν είναι διαθέσιμα από τις μεμονωμένες υπηρεσίες. Η σύνθεση υπηρεσιών μπορεί επιπλέον να εξυπηρετήσει εφαρμογές ή χρήστες κατά απαίτηση, να επεκτείνει τις δυνατότητές τους και, ως εκ τούτου, ένας θεωρητικά απεριόριστος αριθμός νέων υπηρεσιών είναι δυνατό να δημιουργηθεί από ένα υπάρχον σύνολο συνιστωσών, επιτρέποντας έτσι στις εφαρμογές να μην περιορίζονται στο αρχικό σύνολο των λειτουργιών που ορίστηκε κατά το σχεδιασμό αυτών των συνιστωσών. Οι αρχικές προσπάθειες στην περιοχή των υπηρεσιών Ιστού δεν κατάφεραν να παράσχουν γενικούς μηχανισμούς που να υποστηρίζουν την ανακάλυψη, τη σύνθεση, την αξιολόγηση, την εκτέλεση και την επίβλεψη υπηρεσιών Ιστού σε δυναμικά περιβάλλοντα, ειδικά με τις προκλήσεις που ανακύπτουν από την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών όπως το Cloud Computing, το Internet of Things και τα Cyber Physical Systems. Οι σημασιολογικές τεχνολογίες παρέχουν εργαλεία για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων που σχετίζονται με την τεχνολογία διαδικτυακών υπηρεσιών, ιδίως εκείνων που πρέπει να εκτελεστούν σε δυναμική λειτουργία. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχουν ακόμη σημαντικά εμπόδια και περαιτέρω βελτιώσεις στη διαδικασία σύνθεσης υπηρεσιών είναι αναγκαίες, ιδιαίτερα στην παροχή υψηλότερου βαθμού αυτονομίας. Ακολουθώντας αυτήν την προσέγγιση, η αυτόνομη σύνθεση υπηρεσιών μειώνει μεν την εμπλοκή του ανθρώπου στο ελάχιστο αλλά, από την άλλη μεριά, απαιτεί εξειδικευμένες δυνατότητες από την πλευρά των μηχανισμών που θα την υποστηρίξουν. Η παρούσα διατριβή εξετάζει το πρόβλημα σύνθεσης υπηρεσιών Ιστού από την άποψη της ομαδικής εργασίας και αντιμετωπίζει την πρόκληση της ανάπτυξης αυτόνομων σύνθετων υπηρεσιών ικανών να παρουσιάζουν συμπεριφορά ομαδικής εργασίας. Μια τέτοια υπηρεσία δομείται από συνιστώσες με συγκεκριμένους ρόλους που βασίζονται σε μοντέλα συνεργατικότητας και είναι ικανή να συνεργαστεί αποτελεσματικά με άλλους εν δυνάμει συνεργάτες σε ένα σύνολο εργασιών για την επίτευξη του συνολικού στόχου της ομάδας. Η χρήση της θεωρίας των μοντέλων ρόλων και της συνεργατικότητας εκτείνεται σε διάφορους κλάδους από τη διοίκηση επιχειρήσεων έως τη γνωστική επιστήμη, τον ανθρώπινο λόγο, και την κατανεμημένη τεχνητή νοημοσύνη. Αρχικά περιγράφουμε την αλληλεπίδραση των υπηρεσιών αξιοποιώντας τη θεωρία των μοντέλων ρόλων. Μια περιγραφή των υπηρεσιών βασισμένη σε ρόλους και συμπεριφορές μπορεί να ενεργήσει ως διαμεσολαβητής μεταξύ των διάφορων γλωσσών περιγραφής υπηρεσιών και μιας τυπικής περιγραφής που θα επιτρέψει την παραγωγή συμπερασμάτων για νέα πλάνα συνεργασίας για τους σκοπούς της σύνθεσης. Στη συνέχεια, επωφελούμαστε από τη θεωρία της ομαδικής εργασίας για να καθορίσουμε τους κυρίαρχους ρόλους που επικρατούν κατά τη διάρκεια της συνεργασίας ενός συνόλου υπηρεσιών. Αυτοί οι ρόλοι αποσκοπούν στο (i) να δημιουργούνται και να υλοποιούνται πλάνα που θα φέρουν εις πέρας τις προκύπτουσες αιτήσεις εξυπηρέτησης, (ii) να επιτρέψουν στις υπηρεσίες να χειρισθούν κάθε προκύπτουσα αβεβαιότητα με την προληπτική τους δράση κατά τη συμμετοχή τους, (iii) να εντοπίσουν και να αντιμετωπίσουν οποιαδήποτε μη αναμενόμενη συμπεριφορά ή κατάσταση που εμφανίζεται στην περιοχή κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού και της εκτέλεσης της υπηρεσίας, (iv) να ενεργούν ως ο σύνδεσμος που είναι αναγκαίος για την αναδιάρθρωση και τον συνδυασμό υπηρεσιών σε δυναμικά και απρόβλεπτα περιβάλλοντα. Μετά τον καθορισμό των ρόλων ομαδικής εργασίας, η προσέγγιση μοντελοποίησης ρόλων επεκτείνεται ώστε οι υπηρεσίες Ιστού να συνεργάζονται αυτόματα ενισχύοντας τη διαλειτουργικότητα τους. Αναμένουμε ότι το προτεινόμενο μοντέλο ομαδικής εργασίας θα αποκτήσει ιδιαίτερη σημασία σε δυναμικά περιβάλλοντα, καθώς επιτρέπει την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών σύνθετων υπηρεσιών. Αυτές οι υπηρεσίες αποτελούν ευσταθείς ομάδες με μέλη που έχουν μεγαλύτερη κατανόηση μεταξύ τους και μπορούν να χειριστούν μέσω της ομαδικής συμπεριφοράς τους μη αναμενόμενα γεγονότα που συμβαίνουν στο περιβάλλον τους ώστε να συνεργασθούν αποτελεσματικά για να επιτύχουν τους στόχους τους.