Policies for web services [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Steffen Heinzl

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Policies for Web ServicesDissertationzurErlangung des Doktorgradesder Naturwissenschaften(Dr. rer. nat.)demFachbereich Mathematik und Informatikder Philipps-Universit at Marburgvorgelegt vonSte en Heinzlgeboren in FuldaMarburg 2009iiVom Fachbereich Mathematik und Informatik derPhilipps-Universit at Marburg als Dissertation amangenommen.Erstgutachter: Prof. Dr. Bernd FreislebenZweitgutachter: Prof. Dr. Thomas BarthTag der mundlic hen Prufung amiiiivErklarungIch versichere, dass ich meine DissertationPolicies for Web Servicesselbst andig, ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen alsder von mir ausdruc klich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe. Die Dis-sertation wurde in der jetzigen oder einer ahnlichen Form noch bei keiner anderenHochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Prufungszw ecken gedient.Marburg, den Ste en HeinzlvviAbstractWeb services are predominantly used to implement service-oriented architectures(SOA). However, there are several areas such as temporal dimensions, real-time,streaming, or e cient and exible le transfers where web service functionalityshould be extended. These extensions can, for example, be achieved by usingpolicies. Since there are often alternative solutions to provide functionality (e.g.,di erent protocols can be used to achieve the transfer of data), the WS-Policystandard is especially useful to extend web services with policies.

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Published 01 January 2009
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Policies for Web Services
Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.)
dem
Fachbereich Mathematik und Informatik
der Philipps-Universit at Marburg
vorgelegt von
Ste en Heinzl
geboren in Fulda
Marburg 2009iiVom Fachbereich Mathematik und Informatik der
Philipps-Universit at Marburg als Dissertation am
angenommen.
Erstgutachter: Prof. Dr. Bernd Freisleben
Zweitgutachter: Prof. Dr. Thomas Barth
Tag der mundlic hen Prufung am
iiiivErklarung
Ich versichere, dass ich meine Dissertation
Policies for Web Services
selbst andig, ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als
der von mir ausdruc klich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe. Die Dis-
sertation wurde in der jetzigen oder einer ahnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Prufungszw ecken gedient.
Marburg, den Ste en Heinzl
vviAbstract
Web services are predominantly used to implement service-oriented architectures
(SOA). However, there are several areas such as temporal dimensions, real-time,
streaming, or e cient and exible le transfers where web service functionality
should be extended. These extensions can, for example, be achieved by using
policies. Since there are often alternative solutions to provide functionality (e.g.,
di erent protocols can be used to achieve the transfer of data), the WS-Policy
standard is especially useful to extend web services with policies. It allows to
create policies to generally state the properties under which a service is provided
and to explicitly express alternative properties. To extend the functionality of
web services, two policies are introduced in this thesis: the Temporal Policy and
the Communication Policy.
The temporal policy is the foundation for adding temporal dimensions to a
WS-Policy. The temporal policy itself is not a WS-Policy but an independent
policy language that describes temporal dimensions of and dependencies between
temporal policies and WS-Policies. Switching of protocol dependencies, pricing
of services, quality of service, and security are example areas for using a temporal
policy. To describe protocol dependencies of a service for streaming, real-time and
le transfers, a communication policy can be utilized. The communication policy
is a concrete WS-Policy. With the communication policy, a service can expose the
protocols it depends on for a communication after its invocation. Thus, a web
service client knows the protocols required to support a communication with the
service. Therefore, it is possible to evaluate beforehand whether an invocation of
a service is reasonable. On top of the newly introduced policies, novel mechanisms
and tools are provided to alleviate service use and enable exible and e cient
data handling. Furthermore, the involvement of the end user in the development
process can be achieved more easily.
The Flex-SwA architecture, the rst component in this thesis based on the
newly introduced policies, implements the actual le transfers and streaming
protocols that are described as dependencies in a communication policy. Several
communication patterns support the exible handling of the communication. A
reference concept enables seamless message forwarding with reduced data move-
ment.
Based on the Flex-SwA implementation and the communication policy, it is
viiviii
possible to improve usability|especially in the area of service-oriented Grids|by
integrating data transfers into an automatically generated web and Grid service
client. The Web and Grid Service Browser is introduced in this thesis as such a
generic client. It provides a familiar environment for using services by o ering the
client generation as part of the browser. Data transfers are directly integrated into
service invocation without having to perform data transmissions explicitly. For
multimedia MIME types, special plugins allow the consumption of multimedia
data.
To enable an end user to build applications that also leverage high perfor-
mance computing resources, the Service-enabled Mashup Editor is presented
that lets the user combine popular web applications with web and Grid services.
Again, the communication policy provides descriptive means for le transfers and
Flex-SwA’s reference concept is used for data exchange.
To show the applicability of these novel concepts, several use cases from the
area of multimedia processing have been selected. Based on the temporal policy,
the communication policy, Flex-SwA, the Web and Grid Service Browser, and the
Service-enabled Mashup Editor, the development of a scalable service-oriented
multimedia architecture is presented. The multimedia SOA o ers, among others,
a face detection work ow, a video-on-demand service, and an audio resynthesis
service. More precisely, a service describes its dependency on
a multicast protocol by using a communication policy. A temporal policy is
then used to perform the description of a protocol switch from one multicast
protocol to another one by changing the communication policy at the end of its
validity period. The Service-enabled Mashup Editor is used as a client for the
new multicast protocol after the multicast protocol has been switched. To stream
single frames from a frame decoder service to a face detection service (which
are both part of the face detection work ow) and to transfer audio les with
the di erent Flex-SwA communication patterns to an audio resynthesis service,
Flex-SwA is used. The invocation of the face detection work ow and the audio
resynthesis service is realized with the Web and Grid Service Browser.Zusammenfassung
Web Services sind die vorherrschende Technologie zur Entwicklung service-orien-
tierter Architekturen (SOA). Jedoch sollte die Funktionalit at in einigen Gebie-
ten (zeitliche Dimensionen, Echtzeit, Streaming oder bei e zienten und exib-
len Datenub ertragungen) erweitert werden. Die Erweiterungen k onnen beispiels-
weise durch Policies realisiert werden. Da es oft verschiedene M oglichkeiten gibt,
eine Funktionalit at zu erweitern (z.B. mehrere Protokolle zur Ubertragung von
Daten), bietet sich zur Beschreibung WS-Policy an. WS-Policy erlaubt die Um-
setzung konkreter Policies, die allgemein die Eigenschaften beschreiben, unter de-
nen ein Service angeboten wird. Dabei erm oglicht eine Policy explizit die Auswahl
zwischen alternativen Eigenschaften. Um die genannten Probleme zu behandeln,
werden in dieser Arbeit zwei neue Policies eingefuhrt: Temporal Policy und Com-
munication Policy.
Eine Temporal Policy ist die Grundlage, um WS-Policies eine zeitliche Di-
mension hinzuzufugen. Bei einer Temporal Policy handelt es sich nicht um
eine WS-Policy, sondern um eine Policy Sprache, die zeitliche Dimensionen und
Abh angigkeiten zwischen Temporal Policies und WS-Policies ausdruc kt. Das
Umschalten von Protokollabh angigkeiten, die Bepreisung von Services, Dienst-
gute und Sicherheit sind einige Gebiete fur den Einsatz von Temporal Policies.
Um hingegen Protokollabh angigkeiten eines Services im Hinblick auf Echtzeit,
Streaming und Datenub ertragung zu beschreiben, wird die Communication Pol-
icy verwendet. Ein Service kann seine Protokollabh angigkeiten ver o entlichen,
um einem Client mitzuteilen, wie er mit dem Service nach dessen Aufruf kommu-
nizieren kann. Dadurch ist es fur den Client m oglich, im Vorfeld zu ub erprufen,
ob der Aufruf des Services sinnvoll ist. Aufbauend auf den Policies werden neue
Mechanismen und Werkzeuge pr asentiert, die die Verwendung von Services sowie
die Durchfuhrung von Datenub ertragungen vereinfachen. Ferner kann der Ser-
vicebenutzer einfacher in den Entwicklungsprozess involviert werden.
Die Flex-SwA Architektur ist die erste Komponente dieser Arbeit, die auf den
neu vorgestellten Policies aufbaut. Sie dient der Implementierung von Datenub er-
tragungen und Streaming-Protokollen, die als Protokollabh angigkeiten durch eine
Communication Policy beschrieben werden. Flex-SwA bietet mehrere Kommu-
nikationsmuster an, die eine exible Handhabung der Kommunikation erm ogli-
chen. Ferner erlaubt die Verwendung eines Referenzkonzepts die einfache Wei-
ix