フロー記述言語による複数Webサービスの連携手法

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(1)2005−DPS−121 (3) 2005−GN−54 (3) 2005／1／19. 社団法人情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. フロー記述言語による複数 Web サービスの連携手法 † † ‡ 佐藤智哉小泉寿男大川勉 † ‡ 東京電機大学大学院理工学研究科三菱電機株式会社情報システム技術センター現在，Web サービスによるアプリケーション開発において，複数の Web サービスの連携によって新たなアプリケーションを構築する情報システムアーキテクチャが提案されている．このような手法としては，SOAP プロセッサを利用して直接 Web サービスを呼び出す方法以外に，BPEL4WS のようなフロー記述言語とその実行エンジンを用いる方法が提案されている．本稿では，BPEL4WS によって実現される複数の Web サービスの動作とサービスの定義を同時に記述するフロー記述言語，および BPEL4WS を中心とした Web サービス連携によるシステム構成の枠組みを提案する．. A Method of Web Services Integration based on A Flow Description Language †. †. † ‡ Tomoya Sato Hisao Koizumi Tsutomu Okawa Department of Computers and Systems Engineering, Graduate School of Tokyo Denki University ‡ Mitsubishi Electric Corporation, Information Technology Center. An information system architecture, which builds new applications by the integration and cooperation of multiple Web services, is now proposed in the field of application development based on Web services. As one of the building methods, the method of using a flow description language like BPEL4WS and its execution engine is proposed besides the method of directly calling Web services using SOAP processor. In this paper, we propose a flow description language which describes both the operation of multiple Web services realized by BPEL4WS and the definition of such services, and also we propose a framework of the system configuration by the Web service integration mainly by BPEL4WS.. 1.. はじめに. ネットワークを通じてアプリケーション同士で連携を行うための技術として，Web サービス技術の研究がさかんに行われている[1][2]．Web サービスは， WWW の標準技術を利用することでインターネットを通してアプリケーション(サービス)を連携させることができる．また Web サービスでは，XML を用いたメッセージングで通信を行い，サービス間の相互運用性を保つようになっている．Web サービス同士を連携させて新たに Web サービスとして公開したものが複合 Web サービスである[2]．複数の Web サービス同士を繋ぎ合せて新たなアプリケーションを構築するというスタイルが次世代のソフトウェア開発環境の重要な位置を占める可能性があり，実行時にサービス同士が連携しあって複合 Web サービスを構成するようなシステムが目指されている[3]．現在では環境の基盤となるソフトウェアや，構築手法，開発環境などの研究が行われている段階であり，標準化に向けて技術開発が進められている[4]．複合 Web サービスでは，サービス同士の連携が柔軟に変更できることが望ましい．現状では，複合 Web サービスの実装を行う際に Web サービスのフローをプラグラム中にコーディングしなければならないため，サービス連携の柔軟性に問題がある．Web サービスの特徴を活かすためには Web サービスのフロー. を特定のプログラミング言語やプラットフォームに依存することなく記述できるフレームワークが必要となるため，それを解消する技術として XML ベースのビジネスプロセス記述言語が提案されている[2]．このようなビジネスプロセス記述言語の代表的なものとして挙げられるのが BPEL4WS(Business Process Execution Language for Web Services) [5] であり，現在 BPEL を実行可能な商用アプリケーションサーバなどが数多く提供されている．本稿では BPEL によって実現される複数 Web サービス連携の動作およびサービス定義を記述する言語および BPEL を中心とした，複数 Web サービスの連携によるアプリケーション構築のための枠組みを提案する．. 2.. 複数 Web サービスの連携と BPEL4WS. Web サービスの連携手法に関する研究の多くは Web サービス呼び出しのための API などを利用した手法である．Web サービス呼び出しの自動化方式を適用した Web サービス動的連携手法と，その実装方法について述べているものなどである．このような手法では，Web サービスの動的呼び出しのための API などを利用して複数のサービスを柔軟に連携できるようにすることで，様々な要求に応じたシステム構築をできるようにすることを目的としている．それ以外にも，独自の連携のための言語を定義し，. -1−13−.

(2) それらを解釈，実行するエンジンを構築し，Web サービス連携のためのインターフェースとしたものがある．これらの研究で提案される連携言語はアプリケーション開発支援を目的としたものと，Web サービス連携による新たなサービス実現のためのものの二種類がある．後者のような新たな Web サービスを構築するのためのビジネスプロセス記述言語の代表的なものが BPEL4WS である．また，その他にもモバイルエージェントを用いた Web サービス連携という手法がいくつか提案されている．これらの研究では，モバイルエージェントの特徴であるホスト間の移動などを利用して，通信料削減など，様々な要求に応じた手法が提案されている[6]．単にモバイルエージェントを用いるだけでなく，モバイルエージェントの振る舞いの記述を付加することで拡張した BPEL を用いることによって， BPEL 記述に従った Web サービス連携をモバイルエージェントによって行う，といった研究なども行われている． BPEL4WS は，複数のサービスを連携させて新しいサービスとして公開するためのビジネスプロセス記述言語である．BPEL ではアクティビティと呼ばれる制御構文によって記述され，sequence，while， switch といったアクティビティと flow，link などのフローグラフ記述のためのアクティビティを組み合わせることによってビジネスプロセスを記述する． BPEL プロセス文書はそれ自身が Web サービスとして公開され，receive アクティビティによってプロセスが呼び出しのリクエストを受け取る．その後各アクティビティによってビジネスプロセスが実行され，reply アクティビティによって結果を返すことになる．. 3.. フロー記述言語によるサービス連携手法. 本稿では BPEL によって実現される複数 Web サービス連携の動作およびサービス定義を記述するフロー記述言語および BPEL を中心とした，複数 Web サービスの連携によるアプリケーション構築のための枠組みを提案する．ビジネスプロセス記述言語として代表的な言語である BPEL4WS では，利用するサービスの定義から必要な情報を取得してから BPEL プロセス文書を記述してやらなければならないため，記述者は Web サービスの技術仕様について理解している必要がある．また，BPEL プロセス文書は BPEL エンジンによって Web サービス（BPEL サービス）として公開されるが，このサービスの WSDL 定義も手作業で記述する必要がある．本研究におけるフロー記述言語は，本来 BPEL によって記述される複合 Web サービスのフロー，および BPEL サービスの WSDL 定義を同時に記述できる．特に，BPEL による Web サービス連携の特色とも言える partner や serviceLinkType といった要素の記述を統合した形で定義している．これによって， BPEL よる Web サービス連携のための開発基盤を提供する．また，このフロー記述言語によって記述された BPEL サービスのフロー記述を解析・実行する. ことのできるアプリケーションを構築する．このアプリケーションによってビジネスプロセスのフロー記述が複合 Web サービスによるアプリケーション開発のインターフェースにすることができる．. サービス連携のためのフロー記述言語. 4.. 本稿で提案する手法は，XML によって定義されたフロー記述言語およびその記述，記述された文書の解析，実行可能なプロセスである BPEL プロセス文書への変換，BPEL プロセス文書の実行という流れを持つ．また，実行可能な BPEL プロセス文書のための実行エンジンとして BPWS4J を利用する．. 4.1.. フロー記述言語の仕様. ここでは，本手法におけるフロー記述言語の仕様について述べる．BPEL による Web サービス連携では，連携のフローを記述した BPEL プロセス文書と BPEL プロセス自身の WSDL 定義を記述してやる必要があるが，本手法で提案するフロー記述言語は，これらの記述に必要な情報を同時に記述できるように定義している．. 4.2.. フロー記述言語の言語要素. ここでは，本手法におけるフロー記述言語の言語要素について述べる．本手法で提案するフロー記述言語は，XML によって定義されるマークアップ言語であり，その言語要素は役割によって BPEL と同様に構造アクティビティ，基本アクティビティおよびその他の言語要素に分けられる．これらの言語要素を組み合わせることによって，複数 Web サービス連携のフローを記述していくことになる． (1) 構造アクティビティ構造アクティビティはサービスのフロー構造を記述するための要素である．本手法におけるフロー記述言語の構造アクティビティは，BPEL における構造アクティビティと同じ構造になっており，属性などの項目を変更したものになっている．構造アクティビティでは並列実行，繰り返し，条件分岐，イベントによる実行などといった制御構文を定義している．. -2−14−. ・ flow 並行実行と，link との組み合わせによるグラフ構造のフローの作成に用いる．本フロー記述言語で表現する BPEL プロセスの特色でもあるグラフ構造のフローを構成できるようにすることで，複雑なサービス連携のフローを記述できるようになる． <flow standard-attributes> standard-elements <links>? <link name="ncname">+ </links> activity+ </flow>.

(3) ・ switch case 要素と otherwise 要素を用いて条件付分岐を実現するために用いる．. BPEL の基本アクティビティと同じ構造になっているが，呼び出すサービスのインターフェースを指定する部分を変更している．・ receive partner によって定義された operation に対してメッセージを受け取る．. <switch standard-attributes> standard-elements <case condition="bool-expr">+ activity </case> <otherwise>? activity </otherwise> </switch>. <receive service="ncname" portType="qname" operation="ncname" variable="ncname"? createInstance="yes|no"? standard-attributes> standard-elements <correlations>? <correlation set="ncname" initiate="yes|no"?>+ </correlations> </receive>. ・ sequence 一つ以上のアクティビティを順次実行する．. ・ reply receive に対応する応答としてメッセージを送信する．. <sequence standard-attributes> standard-elementsactivity+ </sequence>. ・ pick あるアクティビティの発生に関連したアクティビティを実行する． <pick createInstance="yes|no"? standard-attributes> standard-elements <onMessage service="ncname" portType="qname" operation="ncname" variable="ncname"?>+ <correlations>? <correlation set="ncname" initiate="yes|no"?>+ </correlations> activity </onMessage> <onAlarm (for="duration-expr" | until="deadline-expr")>* activity </onAlarm> </pick>. ・ empty 空のアクティビティ．何も実行しないことを明示的に示すために用いる． <empty standard-attributes> standard-elements </empty>. ・ scope アクティビティの実行範囲を規定する． <scope variableAccessSerializable="yes|no" standard-attributes> standard-elements <variables>? ... </variables> <correlationSets>? ... </correlationSets> <faultHandlers>? ... </faultHandlers> <compensationHandler>? ... </compensationHandler> <eventHandlers>? ... </eventHandlers> activity </scope>. (2) 基本アクティビティ基本アクティビティはフローの中でどのようにサービスの呼び出しを制御するかを記述するための要素である．本手法におけるフロー記述言語の基本アクティビティは，構造アクティビティと同様に，. -3−15−. <reply service="ncname" portType="qname" operation="ncname" variable="ncname"? createInstance="yes|no"? standard-attributes> standard-elements <correlations>? <correlation set="ncname" initiate="yes|no"?>+ </correlations> </reply>. ・ invoke partner によって定義された operation の呼び出しを行う． <invoke service="ncname" portType="qname" operation="ncname" inputVariable="ncname"? outputVariable="ncname"? standard-attributes> standard-elements <correlations>? <correlation set="ncname" initiate="yes|no"? pattern="in|out|out-in"/>+ </correlations> <catch faultName="qname" faultVariable="ncname"?>* activity </catch> <catchAll>? activity </catchAll> <compensationHandler>? activity </compensationHandler> </invoke>. ・ assign 変数の作成，値の変更を行う．各アクティビティで変数の変更が行われなかった場合に用いる． <assign standard-attributes> standard-elements <copy>+ from-spec to-spec </copy> </assign>.

(4) ・ wait 一定期間，あるいはある期限まで待機する．. ・ link flow アクティビティと同時に用いることでグラフ構造のフローを記述する．この要素でサービスを指定してやることによって，グラフに指向性を持たせることができる．. <wait (for="duration-expr" | until="deadline-expr") standard-attributes> standard-elements </wait>. ・ source, target flow，link によるグラフ構造を記述するために用いる．source は指向性グラフのソースとしてアクティビティを指定するために，target は指向性グラフのターゲットとしてのアクティビティを指定するために用いる．. ・ throw 障害の通知．後述の faultHandler と同時に用いることで障害に対する処理を記述する． <throw faultName="qname" faultVariable="ncname"? standard-attributes> standard-elements </throw>. ・ faultHandler, compensationHandler faultHandler は例外処理，compensationHandler はフローの実行の補正を行うために用いる．. ・ terminate フローを中断する．. ・ onMessage, onAlarm アクティビティの発生タイミングを指定するために pick アクティビティ内で用いる．onMessage は指定されたメッセージの到着で，onAlarm は指定されたタイミングでアクティビティを実行する．. <terminate standard-attributes> standard-elements </terminate>. ・ case, otherwise switch アクティビティで条件付分岐を実現するために用いる．case は指定した条件で分岐を行い， otherwise はデフォルト分岐となる．. ・ compensate scope を指定し，その有効範囲に対する補正を行う． <compensate scope="ncname"? standard-attributes> standard-elements </compensate>. ・ correlationSet receive，reply，invoke といったアクティビティの相関関係を定義する．これは，サービス連携におけるビジネスプロセスのインスタンスが複数生成された場合に，それぞれのインスタンスが正しいメッセージを受け取るための関連付けを行うためのものである．. (3) その他の言語要素その他の言語要素は，フローの中で用いられる変数や呼び出すサービスの定義などの記述，あるいは構造アクティビティ，基本アクティビティの動作を細かく記述するための要素である．. <correlationSets> <correlationSet standard-attributes>+ <property standard-attributes/>+ </correlationSet> </correlationSets>. ・ serviceFlow フロー記述文書を定義する．本手法におけるフロー記述文書は，第一にこの要素によって定義されることになる．. ・ variable メッセージを保存するためにフロー内で利用する変数の定義を行う．フロー内で利用できる変数は XSD によって定義されたものの他に，フロー記述時に利用する WSDL などで定義された型も利用できる．. ・ service BPEL4WS における role 定義や serviceLinkType 定義，partner などといった定義を記述するために用いる要素である．基本的には BPEL における partner 要素に近い構造をしているが，同時に role を定義してやることができるようになっている．serviceLinkType については，BPEL プロセスへの変換時に service 要素内に記述された情報から自動生成することになる．この要素の記述によって，BPEL サービスのプロセスと WSDL 定義を同時に記述することができる． <services> <service standard-attributes>+ <role standard-attributes>+ standard-elements </role> </service> </services>. ・ delete アクティビティを削除するために用いる．このアクティビティは compensate アクティビティによる補正を行う際などに用いる・ property，propertyAlias correlation の指定で用いるためのプロパティを指定するために用いる．. 4.3.. フロー記述文書の記述. 本手法における Web サービスのフロー記述には XML を使用する．主にビジネスプロセスを記述するフローモデルのみを中心にした仕様を目的としてい. -4−16−.

(5) ることと，実行可能なプロセスへの変換を行うことから，フローモデルの記述は BPEL4WS をベースに拡張した言語定義とした．本システムにおけるフロー記述言語が構成する要素はアクティビティと呼ばれる制御構文要素，Web サービスの場所，名前，機能，与える引数，フローで利用する変数などであり，主にアクティビティの配置の仕方でフローを定義することになる．図 1 は本手法で提案するフロー記述言語に基づいたサービスフロー記述文書の例である．. Webサービス. ①. WSDL. フロー記述言語. ② ③ クライアントプログラム. インターフェース情報メソッド情報 etc.. アクティビティによるフロー記述 BPEL文書. BPELエンジン. <serviceFlow>. サービス実装サービスメソッド. 複合Webサービス. <!– 変数の宣言や例外処理等の宣言 -->. 図 2. 本手法の処理の流れ. <portType name="portTypeNamePT">. 具体的な処理の流れは以下のようになる．. <operation name="processName"> <input message="tns:StringMessageType". ①. name="callerName" type="xsd:string"/> <output message="tns:StringMessageType". ②. name="callerName" type="xsd:string"/> </operation> </portType>. ③. <services> <service name="processNameCaller". フロー記述言語によって記述されたサービスフロー記述文書が呼び出すサービスの WSDL の情報を受け取る．サービスフロー記述文書を BPEL エンジンによって実行可能なプロセスである BPEL プロセス文書文書と WSDL ファイルへと変換する．クライアントプログラムは複合 Web サービスへアクセスすることによってこれを利用することができる．. 本プログラムはフロー記述文書および呼び出すサービスの WSDL ファイルから取得した情報から BPEL プロセス文書と BPEL プロセス文書の WSDL ファイルを生成する．これによって，BPEL プロセスの記述に必要な情報が自動的に取得，生成されることになる．. linkType="processNameSLT" roleType="myRole"> <role name="processNameCaller"> <portType name="portTypeNamePT"/> </role> </service>. 4.5.. <service name="ns1eService" linkType="processNameSLT" roleType="partnerRole"> <role name="ns1Service"> <portType name="ns1:ns1"/> </role> </service>. BPEL プロセス文書の実行. フロー記述言語から，実装環境によって生成された BPEL 文書は BPEL エンジン上で複合 Web サービスとして公開される．このサービスは実行されると，サービスフロー記述に基づいて各サービスを呼び出し，プロセスを実行していく．. </services>. システムの実装. 5. <!– BPELと同等の構造を持ったアクティビティによるフロー記述 -->. 5.1.. 構築環境. </serviceFlow>. 本手法におけるシステムの構築環境を表 1 に示す．. 図 1. フロー記述文書の例表 1. 4.4.. フロー記述文書の解析. 本システムにおけるフロー記述言語は対応するプログラム実装を用意している．この実装によってフロー記述文書が解析される．さらにその解析結果をもとに，BPEL4WS に基づいた実行可能な BPEL プロセス文書に変換され，BPEL エンジンによって実行される．本手法における Web サービス連携によるシステムの構成とアプリケーション利用の流れを図 2 に示す．. -5−17−. システムの構築環境. 役割 OS SOAPプロセッサプログラム実行環境 XMLパーサ BPELエンジン Servletエンジン. ツール名 Windows2000 Professional Apache Axis 1.2 J2SDK 1.4.2 Xerces 2.6.2 BPWS4J2.0 Apache Tomcat 4.1.

(6) 5.2.. システム構成. 関連仕様，構築環境をもとにフロー記述言語による複合 Web サービスを実現するシステムを構築する．本システムにおける実装は，XML，Java を中心とした技術で構成される．本システムの構成要素は，フロー記述言語を読み込み，WSDL から情報を取得し，実行可能なプロセスを生成するプログラムから構成される．本システムは入力に XML によるフロー記述言語を受け取り，Xerces によるフロー記述文書の解析と WSDL からの Web サービス情報の取得を行い，出力としてフロー記述言語によって記述されたワークフローを実行可能なプロセスである BPEL 文書を生成する． BPEL エンジンによって生成された BPEL 文書が実行されると，自動的に Web サービスに接続され，順次アプリケーションが実行される．本研究におけるシステム構成を図 3 に示す．サービスフロー記述文書 Webサービス情報連携情報. XML. 本システム Webサービスの情報 Webサービスからフロー言語解析実際のサービス情報を取得（位置情報）. 7.. サービスプロバイダー）. 接続方法. 実際のWeb サービス情報. 実行可能なプロセスに変換しBPELエンジンへ配備. インターネット. BPEL文書サービスプロバイダー）. BPEL文書に基づいた複合Webサービスの実行. まとめ. 本稿では独自のフロー記述言語とこれを用いた複数 Web サービスによるアプリケーションの構築手法について提案を行った．この手法によって複数 Web サービス連携によるアプリケーション構築の枠組みを提供し，複数 Web サービス連携によるアプリケーション構築を効率良く行うことができる．現在は提案したフロー記述言語の問題点についての検証を行い，今後，言語自体の抽象度の向上や評価などを行っていくことを検討している．. WSDL Webサービス. Java. Sequence Parallel split Synchronization Exclusive choice Simple merge Multi choice Synchronizing merge Implicit termination MI without synchronization MI with a priori design time knowledge Deferred choice Interleaved parallel routing Chancel activity Cancel case Request/reply One-way Synchronous polling Message passing. WSDL Webサービス. BPWS４J. 図 3 本手法のシステム構成. 参考文献図 3 は，本稿で提案したフロー記述言語が実装環境によって BPEL プロセスへと変換され，BPEL エンジンによって実行される様子を表している．. 6.. 評価. ここでは本システムの評価について述べる．本システムに対する評価方法として，文献 [5] の”Pattern Based Analysis of BPEL4WS”を参考に，本手法で提案するフロー記述言語についてワークフローパターンおよびコミュニケーションパターンを記述し提案手法を適用，変換した BPEL プロセスが上記パターンにマッチするか，変換の BPEL 文書について妥当性を検証する．文献[5]では，BPEL について代表的なワークフローパターンを記述できるかどうかを検証している．ここでは，BPEL で記述することのできるワークフローパターンとして文献[5]に挙げられているこれらのワークフローパターンについて，本手法によるサービス連携の検証を行っていく．これらのワークフローパターンは順次実行や並列実行の他に，単純な送受信のパターンまでの全 18 種類のパターンであり，その全パターンは以下に示す通りである．. [1] 青山幹雄「Web サービス技術と Web サービスネットワーク」, 電子情報通信学会技術研究報告, Vol.102, No.560, pp.47-52, 2003 [2] 本俊也「詳細 Web サービス構築」，ソフトバンクパブリッシング，2003 [3] 佐藤智哉, 小泉寿男, 大川勉「Web サービスを取り入れた Web コンピューティングシステム開発手法」, 情報処理学会 DICOMO2003 シンポジウム論文集 , pp633-636, 2003 [4] 藤田悟，成田雅彦，大場みち子，鈴木俊宏「Web サービスの標準化と相互接続性」，情報処理，Vol.45， No.12，pp.1272-1277，2004 [5] IBM BPEL4WS1.1 http://www-106.ibm.com/developerworks/webservices/librar y/ws-bpel/, 2003 [6] 石川冬樹, 田原康之, 吉岡信和, 本位田真一「Web サービス連携のためのモバイルエージェント動作記述」, 情報処理学会論文誌, Vol.45, No.6, pp.1614-1629, 2004 [7] P.Wohed, W.M.P.van der Aalst, M.Dumas, and A.H.M.ter Hofstede, "Pattern-Based Analysis of BPEL4WS," QUT Technical report, FIT-TR-2002-04, Queensland University of Technology, 2002. - 6 -E −18−.

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