UNA PIATTAFORMA DI SERVIZI AVANZATA A SUPPORTO DI DISTRETTI COOPERATIVI: IL PROGETTO DISCoRSO

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1 UNA PIATTAFORMA DI SERVIZI AVANZATA A SUPPORTO DI DISTRETTI COOPERATIVI: IL PROGETTO DISCoRSO Danilo Ardagna a, Luciano Baresi a, Sara Comai a, Marco Comuzzi a, Barbara Pernici a, Massimiliano Pianciamone b, Simone Prandin c. a Dipartimento di Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano, Milano, Italy b CEFRIEL, Politecnico di Milano, Milano, Italy c Dipartimento di Ingegneria Gestionale, Politecnico di Milano, Milano, Italy Abstract - L articolo introduce il framework architetturale sviluppato nell ambito del progetto DISCoRSO. L architettura proposta consente di definire applicazioni basate su workflow, integrate tra i diversi partecipanti di un distretto virtuale attraverso servizi. La piattaforma consente di selezionare dinamicamente i servizi, secondo criteri di qualità del servizio, e fornisce dei meccanismi per la verifica di vincoli di qualità attraverso una infrastruttura di monitoring. Le funzionalià fornite vengono discusse attraverso un caso di studio che fa riferimento ad applicazioni nel settore tessile-abbigliamento. 1. Introduzione L obiettivo del progetto DISCoRSO (Distributed Information Systems for COordinated Service Oriented interoperability, è la realizzazione di una piattaforma ICT innovativa finalizzata allo sviluppo di processi e tecnologie a supporto del coordinamento delle imprese che partecipano a distretti e filiere industriali. Nello scenario italiano, molto spesso, le aziende che costituiscono i distretti sono di piccole dimensioni e ciò vincola le imprese nei confronti dell innovazione tecnologica e nell espansione all estero. Inoltre, le filiere presentano una complessità molto elevata e un alto grado di frammentazione, soprattutto rispetto al mercato estero in quanto sono costituite da intricate rete di relazioni tra i clienti e i fornitori, consolidate nel tempo e che spesso non vengono adeguatamente misurate in termini di prestazioni (tempi di risposta, qualità e prezzo) per stimolarne il miglioramento. La domanda dei clienti e l elevata competizione riducono inoltre il ciclo di vita dei prodotti.

2 2 Per rispondere efficacemente alle richieste del mercato, l obiettivo prioritario della piattaforma ICT è l integrazione tra i diversi attori della filiera. Nell ambito del progetto DISCoRSO, la piattaforma tecnologica fornisce un infrastruttura basata su Web e servizi ai distretti. I servizi, sviluppati come Web service, vengono progettati, pubblicati, ricercati, utilizzati e coordinati in processi orchestrati. La piattaforma fornisce, inoltre, meccanismi che garantiscono la gestione e la condivisione di servizi e risorse distribuite, anche se ciascun servizio viene fornito e utilizzato da aziende partecipanti che mantengono la propria autonomia all interno del distretto, consentendo di definire vincoli per la qualità del servizio (QoS) dei processi. Nel progetto sono stati sviluppati strumenti a supporto della fase di progettazione di applicazioni basate su workflow per l esecuzione dei processi di business e un insieme di strumenti che supportano l esecuzione a run-time dei processi in modo da consentire la selezione dinamica dei servizi e garantire i vincoli di QoS. I processi di business sono descritti attraverso attività astratte che invocano un insieme di Web service selezionati a run-time. Solitamente, per una data attività di un processo, esiste un insieme di servizi equivalenti dal punto di vista funzionale ma che differiscono per i parametri di QoS. In tale scenario, a run-time è possibile selezionare il miglior insieme di servizi disponibili prendendo in considerazione preferenze e vincoli dell utente. L ambiente di supporto all esecuzione include, infine, un sistema di monitoraggio, il cui obiettivo è verificare la corretta esecuzione del processo ed il rispetto dei vincoli di QoS. Lo scenario scelto per la verifica sul campo del progetto DISCoRSO è il settore tessile-abbigliamento del distretto di Como. Il settore tessile-abbigliamento è uno dei settori più importanti dell industria italiana, risulta caratterizzato da imprese di piccole dimensioni e presenta elevata criticità in termini di frammentazione della filiera, personalizzazione dei prodotti, competitività e riduzione del time-tomarket. L articolo è organizzato come segue: la sezione successiva descrive le criticità del settore applicativo considerato e introduce un caso di studio che consente di esemplificare le funzionalità implementate dalla piattaforma DISCoRSO. Il framework architetturale viene presentato nella Sezione 3, la Sezione 4 descrive gli sviluppi futuri del progetto. 2. Il processo di controllo della qualità dei tessuti Il settore tessile-abbigliamento presenta in modo evidente le criticità tipiche dei distretti cooperativi ed è tradizionalmente uno dei motori dell economia italiana. L Italia è leader mondiale, specialmente nelle fasce di mercato più alte, a maggior valore aggiunto; tuttavia i mutamenti nello scenario mondiale e le nuove frontiere del mercato internazionale producono effetti che si ripercuotono sull Italia come e più che in altri paesi.

3 3 L industria della moda italiana è organizzata in una serie di distretti specializzati (www.distretti.org). La tradizione manifatturiera si è tradotta nel tempo in un innovazione tecnologica scarsa e soprattutto disomogenea tra grandi e piccole imprese: questo è sicuramente un fattore che ha contribuito alla perdita di competitività in corso da parte dei prodotti italiani. E necessario, per fronteggiare il nuovo mercato, il passaggio da una struttura frammentata come quella attuale ad una più articolata. E in corso un evoluzione verso sistemi più strutturati al fine di fronteggiare le necessità di innovazione ed il mercato globale; tale evoluzione mira ad un rapporto più stretto tra produttore, distributore e consumatore che va sviluppandosi tramite l ausilio delle nuove tecnologie ICT ed una nuova organizzazione del ciclo produttivo. Dal punto di vista tecnologico, ciò si traduce nelle necessità di integrazione e di flessibilità dei sistemi informativi per ridurre costi e tempi di produzione, da un lato, e per consentire la possibilità di cooperazione con nuovi partner dall altro. Per esemplificare il framework architetturale sviluppato nel progetto DISCoRSO verrà di seguito descritto il processo di controllo di qualità della lavorazione dei tessuti. Il processo vede coinvolti quattro attori principali (si faccia riferimento alla Figura 1): il converter che richiede una lavorazione su un tessuto grezzo, il terzista che effettua la lavorazione, un primo controllore di qualità che certifica la qualità della lavorazione effettuata dal terzista ed un secondo controllore di qualità che verifica il livello di qualità certificato dal primo controllore su richiesta del converter, nel caso in cui il livello di qualità certificato non risulti accettabile. Fig. 1 - Il processo di lavorazione di un tessuto nel settore tessile. Le attività di converter e terzista del processo di controllo lavorazione vengono svolte da attori prefissati della filiera. Le attività di controllo di qualità verranno

4 4 invece attribuite ad attori selezionati dinamicamente e vengono implementate attraverso Web service. I Web service della piattaforma DISCoRSO vengono caratterizzati da un profilo di qualità del servizio ed è possibile definire vincoli di qualità locali e globali per servizi composti. Le dimensioni di qualità di servizio che sono state considerate sono il tempo di esecuzione, l availability, il prezzo, la reputation (che fornisce una misura dell affidabilità di un servizio ad onorare i requisiti di QoS) e la data quality (definita come la vicinanza di un dato a un valore considerato corretto). La piattaforma DISCoRSO permette di specificare vincoli di QoS a livello locale (i Web service candidati sono selezionati in accordo a caratteristiche desiderate, ad esempio il prezzo per l esecuzione di un Web service deve essere inferiore a una data soglia) e a livello globale (vincoli che impongono restrizioni all esecuzione ad un insieme di servizi o in particolare ad un intero servizio composto). Nel processo di controllo lavorazione di un tessuto sono stati introdotti i seguenti vincoli: (i) il processo di certificazione della qualità deve avvenire entro una settimana (vincolo globale), (ii) la reputation dei servizi di certificazione della qualità del tessuto deve essere superiore a 0.9, (iii) l availability dei servizi di certificazione della qualità deve essere superiore a 0.99, (iv) la data quality della seconda certificazione di qualità deve essere superiore a 0.95 (ii-iv, vincoli locali). 3. Il framework architetturale del progetto DISCoRSO I moduli dell architettura della piattaforma DISCoRSO supportano sia l attività di progettazione che la fase run-time di applicazioni basate su workflow. La progettazione avviene attraverso un ambiente di modellazione basato sul linguaggio WebML; il supporto a tempo di esecuzione è costituito da tre elementi principali: gli strumenti per la ricerca ottimizzata dei servizi componenti un processo, per la negoziazione della loro qualità, e, infine, gli strumenti per il monitoraggio. A. L ambiente di progettazione Relativamente alla fase di progettazione delle applicazioni, nell ambito del progetto DISCoRSO è stato definito un ambiente per la modellazione di processi di business che ha esteso il linguaggio WebML (Web Modelling Language) [3] il cui scopo iniziale era quello di consentire la specifica di applicazioni Web, e del CASE tool WebRatio (www.webratio.com), che lo supporta, entrambi testati sul campo per parecchi anni nell implementazione di applicazioni Web centrate sui dati. Nella sua versione iniziale, la specifica concettuale di WebML consisteva in uno schema dei dati, descrivente i dati applicativi, e in uno o più ipertesti (chiamati Site View) che rappresentano le interfacce Web utilizzate per pubblicare e manipolare tali dati.

5 5 DISCoRSO supporta la definizione di sistemi a processi (workflow-driven hypertexts). Integrare ipertesti con processi significa fornire interfacce Web che permettono l'esecuzione di attività di business ed includono vincoli che guidano la navigazione di (gruppi di) utenti. Il modello proposto consente una visione del sistema informativo a processi, che vengono attribuiti ad attori tramite meccanismi di push/pull e allocati ai nodi di sistema tramite invocazione di servizi. Ciascuna attività del processo ha una sua interfaccia verso l'utente finale e verso un insieme di repository locali; nel caso l'attività debba avvalersi di servizi remoti, ciò avviene tramite Web service. Nonostante i metodi di progettazione di applicazioni Web centrate sui dati posseggano un potere espressivo sufficiente per catturare i requisiti della modellazione di processo, la descrizione di applicazioni basate su processo in termini di concetti di modellazione di dati ed ipertesto porta ad una scarsa separazione di contesti e specifiche oltre a implementazioni difficili da manutenere. Per questo motivo la notazione per la progettazione dell'ipertesto è stata estesa con primitive ad-hoc per la rappresentazione esplicita di concetti relativi al processo. La progettazione di processi di business viene realizzata attraverso uno strumento di progettazione visuale, che permette al progettista di specificare diagrammi BPMN. Il formato BPMN può essere trasformato in modo molto flessibile in diversi formati di uscita quali specifiche WebML dell applicazione che implementa il diagramma (che costituiscono l input per il progettista dell appliczione Web e per la piattaforma di esecuzione del processo), specifiche BPEL (che costituiscono l input per l orchestratore di servizi), specifiche XPDL (che costituiscono l input per la piattaforma di esecuzione del processo) B. La selezione dinamica dei servizi Nella piattaforma DISCoRSO, i workflow possono richiamare Web service composti descritti attraverso attività astratte in cui i Web service vengono selezionati a run-time e richiamati attraverso un meccanismo di late biding. Solitamente esiste un insieme di servizi equivalenti dal punto di vista funzionale, cioè, servizi che implementano la stessa funzionalità ma che differiscono per i parametri di QoS. Inoltre, se un invocazione di servizio fallisce, può essere invocato un servizio sostitutivo per mascherare il fallimento dell invocazione e continuare l esecuzione dell applicazione. In tale scenario, applicazioni complesse possono essere definite come processi BPEL composti da Web service astratti e, a run time, può essere selezionato il miglior insieme di servizi disponibili. La selezione dei Web service è stata modellata come un problema di ottimizzazione lineare intera mista [1]. L obiettivo è indentificare il mapping ottimo tra ogni Web Service astratto di un processo BPEL e un Web service concreto che implementa la corrispondente funzionalità astratta, tale che la QoS complessiva percepita dall utente sia massimizzata, mentre i vincoli di QoS siano garantiti. La selezione e l esecuzione di Web service sono effettuate iterativamente in modo da

6 6 considerare la variabilità delle prestazioni dei Web service che costituisce il principale problema per il soddisfacimento di vincoli. Infatti, la QoS di un Web service potrebbe evolvere frequentemente, anche a causa di cambiamenti interni o di fluttuazioni di carico. L ottimizzazione viene effettuata statisticamente, ovvero, prendendo in considerazione la probabilità di esecuzione dei branch condizionali (si faccia riferimento alle probabilità p 1 e p 2 =1- p 1 indicate in Figura 1), o il numero di iterazioni dei cicli. L ottimizzazione è effettuata quando il processo BPEL viene instanziato e la sua esecuzione ha inizio, ed è iterata a run time, durante l esecuzione del processo. C. Negoziazione della QoS La selezione dinamica può non portare, in alcuni casi, all identificazione di una soluzione ammissibile. Nel caso in cui la soluzione migliore trovata nell ottimizzazione violi i vincoli di qualità, ma non il vincolo sul prezzo, è possibile definire un budget da poter sfruttare in una fase di negoziazione della qualità del servizio dei Web service. E stato implementato un meccanismo di negoziazione bilaterale tra il processo, che agisce nell interesse dell utente, e i servizi coinvolti nella soluzione corrente, a partire dalla parametrizzazione di semplici modelli decisionali [4]. I modelli decisionali di negoziazione stabiliscono le regole secondo cui i Web service coinvolti nel piano corrente possono aumentare la propria qualità, a fronte di un incremento nel prezzo di erogazione del servizio stesso. Dall altro, il modello decisionale stabilisce anche le preferenze dell utente relative a incrementi nella qualità del servizio. Per esempio, se il vincolo sui tempi di risposta del controllo di lavorazione non può essere rispettato, allora la piattaforma può chiedere ai Service Provider di ridurre i tempi di esecuzione del servizio invocato a fronte di un innalzamento del prezzo. Ad esempio, un servizio di controllo qualità potrebbe essere disposto ad abbassare il proprio tempo di risposta da 5 a 2 giorni a fronte di un incremento del 30% del prezzo richiesto al cliente. In questo modo è possibile individuare una nuova serie di profili di qualità dei servizi coinvolti nella soluzione corrente, che possono essere utilizzati dall ottimizzatore per trovare una soluzione ammissibile. Non tutte le dimensioni di qualità dei servizi elencate precedentemente sono negoziabili. La dimensione reputation dipende, per esempio, dallo stato interno del servizio e dagli eventi relativi alle precedenti invocazioni dello stesso e, quindi, non può essere negoziata. Le dimensioni negoziabili sono perciò tempo di esecuzione, prezzo, e data quality di un servizio. D. Monitoring dei processi L obiettivo del sistema di monitoraggio è verificare la corretta esecuzione dei processi BPEL ed il rispetto dei vincoli della qualità del servizio. Il monitoraggio avviene attraverso appositi proxy che, fungendo da intermediari tra i processi e i servizi esterni, sovraintendono lo scambio di informazioni e controllano

7 7 l evoluzione dei processi. L approccio si basa sull utilizzo di asserzioni per definire la correttezza delle applicazioni come pre- e post-condizioni sulle invocazioni ai servizi remoti [2] sia per quanto riguarda i requisiti funzionali, che per ciò che concerne la QoS. Questa soluzione parte dalla convinzione che vi debba essere una chiara separazione tra la definizione dell applicazione e il modo in cui essa viene monitorata. Il progettista deve poter modificare a run-time le pree post-condizioni e il livello di controllo da mantenere senza dover modificare l applicazione. Infatti, poiché il monitoraggio è un attività con un forte impatto sulle prestazioni, l utente deve essere in grado di variare a run-time le risorse da spendere per il controllo dell applicazione (a scapito delle prestazioni). Questo si ottiene attraverso opportune regole di monitoraggio che non appartengono al processo bensì all utente e che vengono verificate da un componente specifico in base a meta-informazioni in esse contenute (ad esempio, il loro livello di priorità). Il comportamento atteso dall esecuzione dei servizi viene definito attraverso la specifica e la verifica di asserzioni che esprimono pre- e post-condizioni sui parametri in input ed output delle attività. Nell ambito del progetto DISCoRSO è stato definito il linguaggio WSCoL, [2] un linguaggio per asserzioni a cui sono stati aggiunti particolari costrutti per raccogliere i dati da sorgenti esterne e consentire all utente di monitorare qualunque dato possa essere raccolto mentre il processo è in esecuzione. WSCoL fornisce costrutti sia per la raccolta dei dati che per la loro analisi. Facendo riferimento al processo di certificazione della lavorazione, l infrastruttura di monitoring consente di: (i) determinare la probabilità p 1 per cui CQ1 non risulti soddisfacente e quindi viene effettuata l invocazione del serizio CQ2, (ii) aggiornare i valori di qualità di availability e reputation dei servizi concreti in base all esito delle singole invocazioni, (iii) modificare a tempo di esecuzione la reputation dei servizi di certificazione. La reputation in questo caso è influenzata dai tempi di risposta e dalla data quality del valore fornito come risultato del controllo di qualità. 3. Conclusioni e sviluppi futuri L articolo ha presentato il framework architetturale sviluppato nell ambito del progetto DISCoRSO. Il lavoro futuro è volto a testare ulteriormente le soluzioni proposte in altri distretti industriali italiani quali il settore agro-alimentare e vinicolo. References [1] D. Ardagna, B. Pernici, Adaptive Service Composition in Flexible Processes, IEEE Trans. on Soft. Eng. 33(6), , [2] L. Baresi, S. Guinea, Towards dynamic monitoring of WS-BPEL processes. In ICSOC 2005 Proc., Springer, [3] S. Ceri, P. Fraternali, A. Bongio, M. Brambilla, S. Comai, M. Matera, Designing Data- Intensive Web Applications, Morgan-Kaufmann, Dicembre [4] M. Comuzzi, B. Pernici, An Architecture for Flexible Web Service QoS Negotiation in Proc. 9 th IEEE EDOC, 70 79, 2005.

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