QoS integration in Web services with the WS-QoS framework

Abstract

Web Services are becoming more and more popular these days and more and more businesses are planning to build their future solutions on Web service technology. By now, SOAP and WSDL have become reliable standards in the field of Web service execution. While the concept of UDDI allows for automatic discovery of services implementing a common public tModel interface, there have been only few attempts to find a standardized form to describe the quality of service (QoS) with which services are executed. The need for QoS specifications in Web services is driven by two demands. Clients aim to experience a good service performance, e.g. low waiting time, high reliability, and availability to successfully use the service whenever the need arises. On the other hand, when it comes to e-business, service providers need to formulate QoS-aware offers in order to gain the highest possible profit from their business. Examples are high throughput guarantees and low response time through dynamic capacity allocation, resource allocation, and load balancing in order to serve a high number of clients with assured QoS. Moreover, crucial transactions such as payment should experience prioritized execution realized by transaction differentiation. Service providers will strive to find an optimal relation between user satisfaction and system utilization. There are sophisticated technologies to actively differentiate between various QoS levels both on the transport level (DiffServ, IntServ, classes of services in UMTS and ATM, etc.) and on the server level (load balancing, transaction differentiation, HTTP request differentiation, etc.), yet there are no standardized means to describe the desired QoS on the application level. In terms of the Internet model, the Web services can be placed between the application and network layer. To close the gap between the Web Services layer and the underlying QoS-aware transport technologies, we have developed the Web services-QoS architecture (WS-QoS). The main motivations of our work are designing an architecture that allows both service clients and service providers to specify requests and offers with QoS properties and QoS classes, enabling an efficient service offer selection in order to accelerate the overall lookup process for the client, providing a flexible way for service providers to publish and update their service offers with different QoS aspects as well as mapping the QoS requirements regarding the underlying transport network from the higher (Web service and application) layer onto the actual underlying network technology at runtime in order to achieve an overall QoS support through the different layers in terms of the Internet model. The main contributions of this work are the WS-QoS architecture that enables QoS-aware service specifications, the broker based Web service selection model that enables an efficient QoS-aware service selection as well as the QoS mapping guarantying the assured QoS.

Mit der weiten Verbreitung von Web services (Webdienste) gewinnt diese Technologie mehr und mehr an Bedeutung sowohl in der Forschung als auch in der Industrie. Die Web service Technologie basiert auf offenen und standardisierten Internetprotokollen und erlaubt strukturierte Datenkommunikation über das Internet, unabhängig von der eingesetzten Netzinfrastruktur, Hardware, Betriebssystemen und Programmiersprachen. Immer mehr konkurrierende Anbieter wie Börseninformationsdienste oder Suchmaschinen bieten ihre Dienste mit ähnlichen Funktionalitäten als Web services an. Durch die Fülle der verschiedenen Dienstangebote fällt es einem Dienstnutzer schwer, sich für einen Dienstanbieter zu entscheiden, da die Entscheidungsgrundlagen fehlen. Die vorliegende Dissertationsarbeit führt die WS-QoS (Web service quality of service) Architektur ein. Zum einen kann mit ihrer Hilfe sich ein Dienstnutzer anhand bestimmter Entscheidungskriterien zur Laufzeit für ein Dienstangebot entscheiden. Zum anderen kann ein Dienstanbieter seine Dienstangebote anhand bestimmter Entscheidungskriterien anbieten. Die WS-QoS Architektur führt ein XML Schema ein, anhand dessen die Entscheidungskriterien, auch Dienstgüte genannt, einheitlich spezifiziert werden können. Die Spezifikation erlaubt eine schnelle Suche nach den passenden Dienstangeboten durch einen Dienstnutzer zur Laufzeit. Die vorliegende Arbeit führt Mechanismen ein, die die Abbildung verschiedener Dienstgütekriterien, die oft auf einem hohen Abstraktionsniveau definiert werden, auf die technischen Systeme zur Laufzeit erlauben. Die dynamische Abbildung, was ein weiteres herausragendes Merkmal der Dissertationsarbeit im Vergleich zu anderen Arbeiten ist, garantiert eine durchgehende Unterstützung der Dienstgüte in allen Kommunikationsschichten und Komponenten entlang des Kommunikationspfades. Dies erlaubt eine echte Erfüllung der zugesicherten Dienstgüte. Die Dissertationsarbeit belegt die Vorteile der eingeführten WS- QoS Architektur durch eine Implementierung und verschiedene Leistungsmessungen und analysen. Die Arbeit zeigt ebenfalls die Vorteile der vorgeschlagenen WS- QoS Architektur für mobile Webdienste. Durch einfache Erweiterungen der Architektur können Kommunikationsgeschwindigkeiten für mobile Nutzer bei gleichzeitiger Kostensenkung erhöht und Server vor Überlastungen geschützt werden.