Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2849
Main Title: Semantic Mediation between Loosely Coupled Information Models in Service-Oriented Architectures
Translated Title: Semantische Mediation zwischen lose gekoppelten Informationsmodellen in Service-orientierten Architekturen
Author(s): Barnickel, Nils
Advisor(s): Popescu-Zeletin, Radu
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Informationstechnologie (IT) der letzten zwei Jahrzehnte war durch eine zunehmende Entwicklung weg von eigenständigen hin zu vernetzten IT-Systemen geprägt. Vor diesem Hintergrund ergibt sich die Herausforderung, Interoperabilität möglichst effektiv und effizient zu erreichen, um nahtlose Geschäftsprozesse innerhalb und über Organisationsgrenzen hinweg zu ermöglichen. Interoperabilität kann dabei entlang von drei Dimensionen verstanden werden: technische, semantische und organisatorische Interoperabilität. Während das Konzept der Service-orientierten Architekturen (SOA) und weit etablierte Web Service-Standards in den letzten Jahren wesentlich zum Erreichen von technischer Interoperabilität beigetragen haben, ist die semantische Integration in heterogenen verteilten Umgebungen weiterhin schwierig und kostenintensiv. Für den bedeutungskonsistenten Datenaustausch zwischen IT-Systemen haben sich explizite formale Informationsmodelle in Form von Ontologien als erfolgversprechendes Konzept in akademischen und ersten industriellen Bereichen herausgestellt. Allerdings hat sich gezeigt, dass der dominierende Ansatz basierend auf einer umfassenden gemeinsam zu nutzenden Ontologie als standardisiertes Informationsmodell in organisationsübergreifenden Szenarien nur begrenzt praktikabel ist. Organisatorische Grenzen mit Hinsicht auf Konsensfähigkeit und die Komplexität, die aus unterschiedlichen domänenspezifischen Anforderungen hervorgeht, erfordern eine Koexistenz von unabhängig zu verwaltenden jedoch semantisch interoperablen Informationsmodellen. Um dieser Herausforderung zu begegnen, ist der Leitgedanke der vorliegenden Arbeit, das Prinzip der losen Kopplung auf die semantische Ebene zu übertragen. Dabei verfolgt die Arbeit das Ziel, einen Beitrag zur Verringerung der Komplexität bei der semantischen System-integration zu leisten. Im Zentrum steht die Entwicklung eines effektiven und effizienten Ansatzes für die semantische Interoperabilität in groß angelegten SOA-Landschaften mittels semantischer Mediation zwischen lose gekoppelten Informationsmodellen. Darüber hinaus zeigt die Arbeit, wie neuartige semantische Technologien verwendet werden können, um das entworfene Konzept zu instanziieren. Die wichtigsten Beiträge dieser Arbeit sind: • Ein konzeptioneller Rahmen der semantischen Interoperabilität in SOA, der abgebildet wird auf einen Überblick existierender akademischer und industrieller Ansätze, mit dem Ziel Handlungsfelder und Entwicklungsbedarfe aufzuzeigen. • Ein Konzept der semantischen Mediation zwischen lose gekoppelten Informationsmodellen in SOA als Entwurfsmuster für Informationsarchitekturen. Es beinhaltet eine Spezifikation auf Basis von wesentlichen Merkmalen des Prinzips der losen Kopplung wie Autonomie, flexible Bindung und Kapselung. • Ein semantischer Mediationsmechanismus basierend auf regelbasierten semantischen Brücken und unabhängiger Ontologien unter Nutzung von Eigenschaften wie Poly-morphismus, Facetten-basierte Klassifizierung und deklarativer Entitätenmanipulation. • Ein Machbarkeitsnachweis auf Basis einer Methodik und prototypischer Werkzeuge zur semantischen Mediation, welche das entwickelte Konzept auf den SOA-Lebenszyklus abbilden und instanziieren mit dem Fokus auf der Geschäftsprozessmodellierung, der Servicekomposition und der laufzeitorientierten Prozessausführung. Der entwickelte Ansatz wird anhand einer Fallstudie einer beispielhaften verteilten Organisation evaluiert. Es wird gezeigt, wie der Ansatz in der Praxis angewendet werden kann und welche Vorteile sich daraus für die effektive und effiziente Erreichung der semantischen Interoperabilität in groß angelegten SOA-Landschaften ergeben.
The last two decades have shown a major shift from stand-alone to networked information technology (IT) systems. Consequently, the effective and efficient achievement of interoperability is a key factor to enable seamless business process chains and networks across intra- and inter-organizational boundaries. Thereby, interoperability can be understood along three dimensions: technical, semantic and organizational interoperability. While the concept of service-oriented architectures (SOA) and widely accepted Web service standards have benefited technical interoperability in recent years substantially, managing and integrating semantic differences in heterogeneous distributed environments remains critical and cost intensive. In order to preserve the precise meaning as data is moved from one IT system to another, explicit formal information models in terms of ontologies have evolved as the concept of choice from academia to first industry adoption. However, it has been recognized that the dominant approach of developing a common, globally shared ontology as an information model standard has turned out to be limited in real world cross-domain environments. Organizational boundaries with regard to consensus degree and the complexity deriving from inherent domain-specific differences in requirements force a coexistence of independently managed but however semantic interoperable information models. In order to address this challenge, the guiding idea of this work is to transfer the principle of loose coupling to the semantic level. In particular, the goal of this thesis is to contribute to the reduction of complexity in semantic system integration by developing an effective and efficient approach for semantic interoperability in large-scale SOA landscapes based on semantic mediation between loosely coupled information models. Moreover, this work shows how emerging semantic technologies can contribute to the instantiation of this concept exploiting their capabilities to explicitly express semantics. The main contributions of this work are: • A conceptual framework for semantic interoperability in SOA, which is mapped to an overview and evaluation of existing academic and industry-driven approaches pointing out shortcomings and fields for further advancements. • A concept of semantic mediation between loosely coupled information models in SOA, which describes an information architecture design pattern that provides an optimized balance within the identified inherent trade-off between effectiveness and efficiency in achieving semantic interoperability in SOA. It includes a specification of loosely coupled information models in terms of key characteristics derived from the principle of loose coupling such as autonomy, flexible binding and encapsulation. • An instantiating semantic mediation mechanism by means of description logic rule-based semantic bridges and self-contained domain ontologies exploiting capabilities such as polymorphism, facet analysis classification and declarative entity manipulation. • A semantic mediation methodology and prototypical toolkit, which maps the developed concept and mechanism to the SOA life-cycle ranging from business process modeling, over service composition to runtime process execution, in order to provide a proof of concept. The developed approach is evaluated based on a case study of an exemplary distributed organization. It is shown how the approach of semantic mediation between loosely coupled information models can be applied in practice and which benefits can be generated with regard to achieving effective and efficient semantic interoperability in large-scale SOA landscapes.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-30755
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3146
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2849
Exam Date: 11-May-2011
Issue Date: 3-Jun-2011
Date Available: 3-Jun-2011
DDC Class: 004 Datenverarbeitung; Informatik
Subject(s): IT-Integration
Semantische Interoperabilität
Semantische Mediation
Semantische Web Services
Service-orientierte Architektur
IT Integration
Semantic Interoperability
Semantic Mediation
Semantic Web Services
Service-oriented Architecture
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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