Betriebliche Informationssysteme: Grid-Basierte Integration Und Orchestrierung
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Wilhelm Hasselbring (Hrsg.) Betriebliche Informationssysteme: Grid-basierte Integration und Orchestrierung Schlussbericht 1 Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 01IG07005 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei dem Autor. 2 Vorwort BIS-Grid startete im Mai 2007 als eines der ersten rein kommerziell orientierten Projekte in der zweiten Phase der D-Grid-Initiative des BMBF. Das Ziel, einen Integrations- und Orchestrierungsdienst per Grid-Providing anzubieten, war damals sehr innovativ und ist es auch heute noch. Während der Projektlaufzeit hat der zu Beginn des Projekts noch nicht ausgeprägte Begriff des „Cloud Computing“ zunehmende Aufmerksamkeit erlangt. Es hat sich gezeigt, dass BIS-Grid genau in diese neue Kategorie von Diensten einzuordnen ist. Traditionell fokussiert das Grid auf wissenschaftliche Berechnungen, die Cloud wird überwiegend von kommerziellen Providern betrieben. Inzwischen existieren auch erste kommerzielle Dienste, die dem im BIS-Grid-Projekt geprägten „Orchestration as a Service (OaaS)“ Ansatz entsprechen. Beispiele sind die Azure .NET Workflow Services, Iceberg on Demand und Appian Anywhere. In BIS-Grid haben wir erfolgreich interdisziplinär auf der technischen Ebene (die BIS-Grid-Engine), auf der organisatorischen Ebene (Kooperations- und Geschäftsmodelle) und auf der empirischen Ebene (Evaluation in industriellen Anwendungsszenarien) gearbeitet. Auf den drei jährlichen Grid Workflow Workshops haben wir unsere Ergebnisse verbreitet und uns mit anderen Projekten ausgetauscht. Zum Projektende steht die BIS-Grid-Engine als Open Source Software zur Verfügung. Die konzeptionellen, technischen und empirischen Ergebnisse werden im hier vorliegenden Abschlussbericht für die Fachöffentlichkeit dokumentiert. An dieser Stelle soll ein kurzer Dank an alle Projektbeteiligten aus immerhin acht Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen gehen. Eine Auflistung aller Mitarbeiter würde den Rahmen eines Vorwortes sprengen. Stellvertretend sei jedoch Stefan Gudenkauf erwähnt, der die nicht immer einfache organisatorische Koordination des Verbundprojektes stets souverän bewältigte. Ein besonderer Dank gebührt auch den Mitgliedern unseres Industriebeirats, die uns in diversen Treffen mit konstruktiven Ratschlägen zur Seite standen: Stephan Bögner, Franz Haberhauer, Gerd Kachel, Ingo Laue, Daniel Rolli, Frank Schulz und Jörg Strebel. Abschließend sei Herrn Roland Mader vom Projektträger DLR-PT für die stets kompetente und kritische fachliche Betreuung und Frau Ramona Schulze vom Projektträger DLR-PT für die stets reibungslose administrative Abwicklung in der dreijährigen Projekt- laufzeit gedankt. Die wissenschaftliche Koordination des BIS-Grid-Projektes hat mir viel Freude bereitet! Kiel, im September 2010 Wilhelm Hasselbring 3 4 1. Einleitung ............................................................................... 7 2. Kurzdarstellung ..................................................................... 9 2.1. Aufgabenstellung..................................................................... 9 2.2. Voraussetzungen zur Projektdurchführung .............................. 9 2.3. Planung und Ablauf ............................................................... 11 2.4. Wissenschaftlicher und technischer Stand............................. 14 2.5. Zusammenarbeit mit Dritten................................................... 14 3. Eingehende Darstellung...................................................... 16 3.1. Erzielte Ergebnisse................................................................ 16 3.2. Während der Projektdurchführung bekannt gewordene Fortschritte auf dem Gebiet des Vorhabens bei Dritten.......... 28 3.2.1. Cloud Computing.............................................................. 28 3.2.2. Ablaufumgebung für Workflows ........................................ 28 3.3. Veröffentlichungen................................................................. 29 4. Software und Dokumentation ............................................. 31 5. Lieferobjekte des Projekts .................................................. 32 5.1. Kooperationsmodelle.............................................................. 34 5.2. Geschäftsmodell für kommerzielles Grid-Providing................. 79 5.3. Marktanalyse ........................................................................ 116 5.4. Catalogue of WS-BPEL Design Patterns .............................. 160 5.5. Spezifikation der Anforderungen an Sicherheit und Service Level Agreement im Zusammenhang mit WS-BPEL ................... 221 5 5.6. WS-BPEL Engine Specification ........................................... 257 5.7. BIS-Grid Workflow Engine Prototype .................................. 336 5.8. ............................................................ 388 5.9. Zusammenfassung der Evaluationsergebnisse für das Anwendungsszenario CeWe Color.............................................. 403 5.10. Zusammenfassung der Evaluationsergebnisse für das Anwendungsszenario KIESELSTEIN .......................................... 424 5.11. Integration in D-Grid ........................................................... 463 5.12. Projektglossar..................................................................... 478 6 1. Einleitung Betriebliche Informationssysteme (BIS) ermöglichen u. a. die Verwaltung der Ressourcen eines Unternehmens (ERP-Systeme), das effiziente Management der Kundenbeziehungen (CRM-Systeme) und die Unterstützung der eigentlichen Produktion bzw. Dienstleistung (PDM-Systeme), um hier nur die typischen Hauptaufgaben zu nennen. Zum Aufbau betrieblicher Informationssysteme müssen im Wesentlichen existierende und evtl. neu angeschaffte Teilsysteme angepasst und integriert werden. Für eine effektive und effiziente Integration müssen die betrieblichen Abläufe durch Workflow- Systeme unterstützt werden: die Dienste der Teilsysteme werden orchestriert. Enterprise Application Integration (EAI) zur Integration von Informationssystemen hat dadurch eine große Bedeutung beider Umsetzung von Geschäftsprozessen, die in Unternehmen oder zwischen Unternehmen üblicherweise mehrere Informationssysteme betreffen, durch die so genannte Orchestrierung in Service-orientierten Architekturen (SOA). Traditionelles EAI nutzt bisher primär kommerzielle Middleware-Systeme, wie z. B. Microsoft BizTalk oder IBM WebSphere. Orchestrierung in SOA zielt insbesondere darauf, die Fachwelt mit der Technologie effektiv zu verbinden. Seit der Einführung von Grid Services durch entsprechende Standards (OGSA, WSRF), die auf Web Services-Technologien basieren, ordnen sich Grid- Technologien in Service-orientierte Architekturen (SOA) ein. SOA ist auch für die EAI von zunehmender Bedeutung. Genauer betrachtet haben Grid- Technologien und EAI viele Gemeinsamkeiten, weil beide Technologien Integrationsprobleme innerhalb einer heterogenen Umgebung fokussieren, Grid-Technologien auf Ressourcenebene und EAI auf Anwendungsebene. Das Grid bietet für die Integration betrieblicher Informationssysteme eine effiziente, sichere und zuverlässige Technologie, mit der benötigte Ressourcen bei Bedarf einfach eingebunden und virtuelle Organisationen effizient gebildet werden können, was bisher in diesem Bereich nur schwer möglich ist. Im Laufe des Projektes hat sich gezeigt, dass für die Umsetzung des Orchestrierungsdienstes in BIS-Grid Orchestration as a Service (OaaS) der am ehesten geeignete Ansatz ist. Daher ist es für BIS-Grid auch zur Zielsetzung geworden, Grid Technologien über OaaS in der kommerziellen Welt verfügbar zu machen. Dies ist im Wesentlichen von der Herausforderung geprägt ist, eine in der Wissenschaft erprobte Technologie an die Erfordernisse kommerzieller Akteure anzupassen. Dabei wurde schnell deutlich, dass die verwendeten Begriffe Grid (Wissenschaft) und Cloud (Industrie) einer genaueren - über Marketingphrasen hinausgehende - Betrachtung bedürfen, um Anknüpfungspunkte zwischen beiden Welten zu identifizieren. Innerhalb des letzten Jahre hat eine intensive Diskussion von Grid und Cloud Computing sowohl in der Industrie als auch der Wissenschaft stattgefunden, die unter anderem zu einer Konsensbildung im Hinblick auf die unterschiedlichen 7 Begriffsebenen des Cloud Computing geführt hat, nämlich Infrastructure as a Service (IAAS), Platform as a Service (PaaS) und Software as a Service (SaaS). OaaS kann hier als eine Form von PaaS und SaaS angesehen werden. In den bisherigen Arbeiten wurde insbesondere deutlich, dass der Begriff Grid Computing in der kommerziellen Welt entweder als ein Term rein aus der wissenschaftlichen Welt angesehen wird (im Sinne von Hochleistungsrechnen) oder als Synonym für die Ebene Infrastructure as a Service (IaaS), d. h. eine Ebene des Cloud Computings, verwendet wird. Grid Computing wird als technologischer Oberbegriff dort nicht verwendet, so dass im Kontext kommerzieller Anwendung - wie in der Marktanalyse für BIS-Grid - nur der Begriff Cloud Computing genutzt wird. 8 2. Kurzdarstellung 2.1. Aufgabenstellung Die Aufgabenstellung des Projekts ist, sowohl auf konzeptioneller als auch auf technischer Ebene Erweiterungen für ein horizontales Service Grid im Anwendungsbereich betrieblicher Informationssysteme zu erarbeiten. Ziel ist die Nutzung von Grid-Technologien zur Integration von dezentralen Informationssystemen. Auf konzeptioneller Ebene sollen neue Formen der Kooperation und neue Geschäftsmodelle erarbeitet