[論文レビュー] Web Services: A Process Algebra Approach

Andrea Ferrara|ArXiv.org|Jun 28, 2004

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 14被引用数 25

ひとこと要約

本稿では、プロセス代数であるLOTOSとBPEL4WSの間で双方向的なマッピングを提示し、Webサービスの設計および検証のための双方向翻訳を可能にしている。このアプローチは、時相論理のモデルチェック、双模倣、シミュレーションを用いた形式的検証を支援し、階層的精錬と再利用を可能にし、形式的検証および形式的仕様からの実行可能コード生成における主な貢献を果たしている。

ABSTRACT

It is now well-admitted that formal methods are helpful for many issues raised in the Web service area. In this paper we present a framework for the design and verification of WSs using process algebras and their tools. We define a two-way mapping between abstract specifications written using these calculi and executable Web services written in BPEL4WS. Several choices are available: design and correct errors in BPEL4WS, using process algebra verification tools, or design and correct in process algebra and automatically obtaining the corresponding BPEL4WS code. The approaches can be combined. Process algebra are not useful only for temporal logic verification: we remark the use of simulation/bisimulation both for verification and for the hierarchical refinement design method. It is worth noting that our approach allows the use of any process algebra depending on the needs of the user at different levels (expressiveness, existence of reasoning tools, user expertise).

研究の動機と目的

• Webサービス開発における形式的設計および検証支援の不足に応えるために、ソフトウェアライフサイクルにプロセス代数を統合すること。
• 抽象的プロセス代数仕様（LOTOS）と実行可能BPEL4WSコードとの間で双方向翻訳を可能にすること。
• 時相論理、双模倣、シミュレーションを用いた形式的検証により、Webサービスの正しさおよび動作同等性を保証すること。
• シミュレーションおよび双模倣解析を用いて、Webサービス設計における階層的精錬を支援すること。
• 形式的LOTOS仕様からBPEL4WSコードの自動生成を可能にし、初期段階での形式的検証および再利用を支援すること。

提案手法

• 故障処理、補償、イベントハンドラを含むすべてのコア構成要素をサポートするLOTOSプロセス代数とBPEL4WSの間で双方向マッピングを定義する。
• 双模倣およびシミュレーションなどの形式的技法を用いて、抽象的および具象的プロセスモデル間の動作同等性を検証する。
• 既存のプロセス代数ツール（例：モデルチェックおよびトレース解析用）を活用し、安全、ライブネス、公平性などの時相論理的性質を検証する。
• 階層的精錬手法を適用する：シミュレーション／双模倣を用いて、動作同等性を保持したまま、段階的に抽象的LOTOS仕様を精錬する。
• シーケンス、フローマップ、while、pick、switchアクティビティなどのプロセス代数構成要素をBPEL4WS構造にマッピングする一般的なガイドラインを提供する。
• 開発の両方向をサポートする：BPELで設計し、LOTOSで形式的検証を行う、またはLOTOSで設計し、自動的にBPELコードを生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プロセス代数を用いて、抽象的設計と実行可能実装の両方を支援する形で、Webサービスを形式的に指定および検証する方法は何か？
• RQ2 動作意味を保持するLOTOSとBPEL4WSの間の双方向マッピングの性質および構造は何か？
• RQ3 シミュレーションおよび双模倣は、Webサービス仕様の階層的精錬をどのように支援できるか？
• RQ4 翻訳を介してプロセス代数に変換することで、BPEL4WSサービスにモデルチェックおよびトレース解析などの形式的検証技法をどのように適用できるか？
• RQ5 Webサービスの組み合わせ、正しさ、再利用のための中間形式としてプロセス代数を用いる実用的利点は何か？

主な発見

• 提案された双方向マッピングにより、LOTOSとBPEL4WSの間で双方向翻訳が可能になり、形式的検証および実行可能コード生成を両立できる。
• 双模倣およびシミュレーションの使用により、厳密な動作同等性の検証が可能となり、Webサービス設計における階層的精錬が可能になる。
• 時相論理のモデルチェックによる形式的検証により、Webサービス組み合わせにおける安全、ライブネス、公平性の性質が保証される。
• 本フレームワークは、形式的LOTOS仕様からBPEL4WSコードの自動生成をサポートし、初期段階での形式的検証を容易にする。
• 既存のBPELサービスのリバースエンジニアリングおよび検証が可能になり、それらを形式的LOTOSモデルに変換して分析できる。
• マッピングに故障処理、補償、イベントハンドラを統合することで、生産環境向けWebサービスへの適用範囲が拡大される。