Prozess-Infrastruktur für Agentenanwendungen

Abstract

Verteilte und heterogene Systeme sind von besonderem Interesse in der Informatik. Die daraus resultierende hohe Komplexität von Anwendungen macht die explizite Darstellung bestimmter Sichten notwendig, insbesondere einer Prozesssicht und einer Sicht auf gekapselte autonome Teilsysteme. Diese Arbeit stellt eine Infrastruktur vor, die explizite Koordination von Prozessen in agentenbasierten Anwendungen bietet. Die Prozesssicht ist eine wichtige Sicht auf ein komplexes System und prozessorientierter Entwurf ist eine Möglichkeit, ein großes System erfolgreich zu entwerfen. Das heißt, die Prozesse brauchen eine explizite Repräsentation, wodurch Beschreibbarkeit und Änderbarkeit der Anwendung verbessert werden. Besonders wichtig ist dabei der Entwurf von systemübergreifenden Prozessen, also über verschiedene Teilsysteme verteilte Prozesse des übergreifenden Systems. Die Ausführung der Prozesse muss flexibel steuerbar und beobachtbar sein. Petrinetze und Workflow-Technologie bieten auf jeweils eigene Weise Unterstützung für diese Anforderungen. Die Zusammenarbeit zwischen unabhängigen, autonomen Einheiten wie Organisationen braucht weitere Unterstützung auf konzeptioneller und technischer Ebene. Agententechnologie liefert wichtige Lösungsmöglichkeiten und es existieren Architekturvorschläge für offene Agentennetze. Verschiedene Europäische Projekte entwickeln offene Infrastruktur für Agenten. Eine agentenbasierte Anwendung nutzt diese Infrastruktur mittels Verzeichnisdiensten und indem Agenten untereinander kommunizieren. Solch eine Anwendung kann selbst offen sein und einen übergeordneten Dienst anbieten, z.B. eine Umgebung, in der andere Entwickler beteiligt sind. Innerhalb der Agententechnik stellt die Gestaltung von Abläufen eine besondere Herausforderung dar, da die zugrundeliegenden Prozesse nebenläufig und verteilt sind. Übergeordnete Prozesse und die Koordination von Prozess-Teilen sind in einer solchen Infrastruktur für Agenten meist weder explizit repräsentiert noch sonstwie unterstützt. Das Ziel dieser Arbeit ist die explizite Unterstützung komplexer Prozesse von Anwendungen im Kontext der offenen Agentenumgebungen, also sowohl die explizite Repräsentation der Prozesse als auch die steuerbare und beobachtbare Ausführung, ohne jedoch dabei die Autonomie der Komponenten als Basiseigenschaft der Agententechnologie zu verlieren. Diese Arbeit trägt zur Lösung dieser Probleme und Anforderungen bei, indem eine verteilte Infrastruktur-Schicht zur Verwaltung von Prozessen eingeführt wird, also eine Prozessinfrastruktur. Die Ergebnisse umfassen Konzepte und einen lauffähigen Prototyp unter Verwendung von Workflow-Technologie, wodurch die Koordination in verteilten agentenbasierten Anwendungen unterstützt wird. Zur Visualisierung abstrakter Konzepte werden Petrinetze verwendet, ebenso zur Spezifikation von Agentenverhalten und für die Präzedenzrelation in Workflows. Die verwendeten Petrinetze können direkt ausgeführt werden, die Laufzeitumgebung ist vollständig mit Referenznetzen implementiert. Ein wichtiges Anwendungsgebiet einer solchen Prozessinfrastruktur sind unternehmensübergreifende Anwendungen. Als Ausblick liefert die vorliegende Arbeit die konzeptionelle und technische Basis für ein Rahmenwerk für interorganisationales Geschäftsprozessmanagement.

Distributed and heterogenous systems are of special interest within computer sciences. Due to the resulting complexity of systems, an explicit representation of certain views becomes necessary, e.g. a process view and a view on encapsulated autonomous entities. This work introduces an infrastructure for explicit process coordination for agent-based applications. The process view is one important view on a complex system, and process oriented design is a way to successfully design a system. This means that processes need an explicit representation to improve description and changeability of an application. One special point that has to be handled is the design of systems spanning processes, i.e. processes that are distributed over separate parts of the overall system. Monitoring and controlling are needed for the execution of processes. Petrinets and workflow technology provide each in their own way support for such requirements. Cooperation between independent, autonomous entities (e.g. organisations) needs further support in terms of concepts and technology. Agent technology provides important solutions and architectural proposals for open agent networks. Within different European projects, infrastructures for agents were created that form open environments accessible via Internet. An agent-based application can use this infrastructure through the directory services provided and by communicating with the other agents. Such an application may again be open, providing a comprehensive service or an application platform where agents of other developers and owners may participate. Whithin agent technology, a special challange is the design of processes because the processes are concurrent and distributed. The overall process and the coordination of process parts of an application is usually not represented or supported in an infrastructure for agents. The objective of this work is to provide explicit support for complex processes within the context of open agent environments, meaning both explicit representations of processes as well as controlling and monitoring for active processes, without loosing the autonomy of the system components. This work tackles these problems and requirements by defining a distributed infrastructure layer for the management of processes, a process infrastructure. Results include concepts and a running prototype which uses workflow technology and supports coordination in distributed agent applications. Petri nets are used to visualize abstract concepts as well as for the specification of agent behavior and the precedence relation of workflows. And even more the utilized Petri nets can directly be executed. The runtime environment is completely realized using Reference Nets. One important application area of the process infrastructure includes applications that run across several companies. As a future prospect, this work provides basics for an inter-organizational business process management framework consisting of conceptual and technical solutions.