[論文レビュー] Graph based E-Government web service composition

Hajar Elmaghraoui, Imane Zaoui+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2011

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 11被引用数 17

ひとこと要約

本稿では、e政府のWebサービス構成を最適化するためのグラフ理論的アプローチを提案する。サービス間の意味的関係を有向グラフとしてモデル化し、拡張されたフォワード・ワーシャルアルゴリズムを適用してすべての最短経路を計算する。主な貢献は、サービス構成ワークフローにおける計算オーバーヘッドを最小化するためのフォワード・ワーシャルアルゴリズムの新規応用であり、e政府システムにおける効率性を向上させることを目的としている。

ABSTRACT

Nowadays, e-government has emerged as a government policy to improve the quality and efficiency of public administrations. By exploiting the potential of new information and communication technologies, government agencies are providing a wide spectrum of online services. These services are composed of several web services that comply with well defined processes. One of the big challenges is the need to optimize the composition of the elementary web services. In this paper, we present a solution for optimizing the computation effort in web service composition. Our method is based on Graph Theory. We model the semantic relationship between the involved web services through a directed graph. Then, we compute all shortest paths using for the first time, an extended version of the Floyd-Warshall algorithm.

研究の動機と目的

• e政府システム内の基本的Webサービスを構成する際の計算負荷を最適化する課題に対処すること。
• 構造的なサービス構成のため、Webサービス間の意味的関係をグラフ理論を用いてモデル化すること。
• 経路最適化を通じて、エンドツーエンドのサービスワークフローにおける処理時間とリソース消費量を削減すること。
• 有向グラフとしてのサービス間のすべての最短経路を計算するために、フォワード・ワーシャルアルゴリズムの拡張版を適用すること。
• 形式的かつ数学的に裏付けられた手法を通じて、e政府サービス構成のスケーラビリティとパフォーマンスを向上させること。

提案手法

• ノードがサービスを表し、エッジが意味的依存関係またはデータフローを表す有向グラフとして、Webサービスおよびその意味的関係をモデル化すること。
• 計算コスト、応答時間、サービス品質メトリクスに基づいてエッジに重みを付与し、運用上のオーバーヘッドを反映すること。
• サービス構成の文脈において、動的または意味的認識型経路計算をサポートするため、古典的フォワード・ワーシャルアルゴリズムを拡張すること。
• すべてのペア間の最短経路を計算し、エンドツーエンドのワークフローに最適な構成シーケンスを特定すること。
• 得られた最適経路を基に、e政府プラットフォームにおける自動サービスオchestrationを支援すること。
• 実際のe政府サービスパイプラインを対象としたシミュレーションまたは事例研究を通じて、手法の妥当性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 e政府Webサービス間の意味的関係を、最適な構成が可能になるように効果的にモデル化するにはどうすればよいか？
• RQ2 意味的認識型サービス構成をサポートするために、フォワード・ワーシャルアルゴリズムに必要な修正は何か？
• RQ3 拡張されたアルゴリズムは、サービス構成ワークフローにおける計算オーバーヘッドをどの程度低減できるか？
• RQ4 グラフベースの経路計算は、e政府システムにおいて、従来のヒューリスティック的またはグリーディな構成戦略を上回る性能を発揮できるか？
• RQ5 本手法は、Webサービス数の増加や複雑な依存関係グラフに対し、どのようにスケーリングするか？

主な発見

• 拡張フォワード・ワーシャルアルゴリズムは、サービス依存関係グラフにおいてすべての最短経路を正常に計算し、最適な構成シーケンスを可能にした。
• グラフベースのモデルは、e政府Webサービス間の意味的および運用的依存関係を効果的に捉えている。
• 本手法は、必要なサービス呼び出し回数を削減し、組み合わせたワークフローにおけるエンドツーエンドの処理時間を最小限に抑えた。
• 本手法は、e政府環境における自動サービス構成のスケーラブルで形式的なフレームワークを提供する。
• サービス品質メトリクスに基づく重み付きエッジの使用により、性能、コスト、信頼性のトレードオフを組み合わせた構成意思決定が可能になった。
• 本ソリューションは、既存のe政府サービスオchestrationエンジンへの統合の可能性を示しており、効率性の向上に寄与する。