（控制理论与控制工程专业论文）工作流系统及其资源描述和管理研究.pdf

工作流系统及其资源描述和管理研究工作流系统及其资源描述和管理研究摘要从企业的生产经营到办公文档的自动流转，各种与流程相关的自动化处理技术都和工作流这一概念相关。起源于上世纪七十年代办公自动化领域的工作流技术，目前已经成为了信息化领域的研究热门。对于工作流技术的研究，从建模、分析到仿真，再到体系结构和各类应用，层出不穷，但是工作流系统中仍然存在一些目前没有很好解决的问题，比如工作流系统曰益复杂的结构以及工作流系统下的资源描述和资源管理等问题。本文在研究分析了工作流的基本概念、工作流管理系统的体系结构、参考模型和工作流引擎的基本构成的基础上，完成了对工作流系统下资源的语义描述及资源管理问题的研究，设计并实现了一个原型系统。具体的工作如下：( 1 ) 研究了工作流系统中的资源描述问题，提出了基于砌) f s 的资源描述方法以及对基于该语义描述的资源进行解析和推理方法，并在原型系统中实现。( 2 ) 研究了工作流系统中的资源分配问题，分析了工作流系统中若干分配调度的原则和策略，并结合u p c 理论提出了一种基于自学习的实现资源优化分配的算法。( 3 ) 在研究分析工作流管理系统的体系结构和工作流引擎的基本构成等相关技术的基础上，提出了一种基于w _ e b 访问的轻量级工作流引擎的系统设计方案，并实现了原型系统。关键词工作流，资源分配，语义描述，r d f s ，轻量级引擎i l l北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究r e s e a r c ho nw o r k f l o ws y s t e ma n dr e s o u r c ed e s c r i p t i o na n dm a n a g e m e n ta b s t r a c tf r o me n t e r p r i s ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n tt oo 伍c ed o c u m e n t sa u t ot r a l l s f e f ，a uk i n d so fp r o c e s s - r e l a t e da u t o m a t i c a l l yd i s p o s i n gt e c h n i c a la r ec o n n e c t e dw i t hw o r k n o w 0 r i g i n a t i n gf b mo f f i c ea u t o m a t i o nf i e l di n19 7 0 s ，w o r k n o wh a sb e e nah o tt o p i ci nm ef i e l do fi n f - o n n a t i o n r e s e a r c ho nw o r k f l o wt e c l l i l i c a li s 抒o mm o d e l i n 舀a n a l y s i s ，s i r m l l a t i o n ，a i l da r c h j t e c t u r et oa l la p p l i c a t i o n s ，h o w e v e r ，m e r ea r es t i l ls o m ep r o b l e m s ，h i c hc a l l tb es o l v e dp e 疵c t l yi nw o r k f l o ws y s t e m s ，s u c ha sm o r ea i l dm o r ec o m p l e xa r c h i t e c t u r ea 1 1 dr e s o u r c ed e s c r i p t i o na 1 1 dr e s o u r c em a n a g e m e n tu n d e rw o r k n o ws y s t e m t h i st h e s i sd i ds o m er e s e a r c ho nw o r 王( f l o wr e l a t e dt h e o r i e sa n dk n o w l e d g e ，i n c l u d i n gb a s i cc o n c 印t so fw o r k n o w a r c h i t e c t u r eo f、v o r k n o wm a l l a g e m e n ts y s t e m ，r e f _ e r e n c em o d e l ，g e n e r a lc o m p o s i t i o n so fw o r k n o we n g i n e ，e t c b a s e do nt l l er e s e a r c ha b o v e ，i tc o m p l e t e dr e s e a r c ho nr e s o u r c ed e s c r i p t i o na n dm a n a g e m e n tu n d e rw o d 【n o ws y s t e m ，d e s i g n e da n di m p l e m e n t e dap r o t o t ) r p es y s t e m t h ed e t a i lw o r ki ss h o w nb e l o w ：( 1 )r e s e a r c h e do nr e s o u r c ed e s c r i p t i o np r o b l e mu n d e rw o r k n o ws y s t e m ，g a v ear i ) f sb a s e dr e s o u r c ed e s c r i p t i o nm e t h o da n dam e t l dt op a r s ea 1 1 dd e d u c et h es e m a n t i cr e s o u r c ed e s c r i p t i o n ，a l l di m p l e m e m e dt h e mi np r o t o t y p e ( 2 )r e s e a r c h e do nr e s o u r c ea l l o c a t i o np r o b l e mu n d e rw o r k n o ws y s t e m ，d i s c u s s e ds o m ep r i n c i p l e sa n ds t r a t e g i e so na l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n g ，a n dg a v eau p ct h e o r yb a s e ds e l f 二l e a m i n ga l g o r i 廿l mt oo p t i m i z er e s o u r c ea 1 1 0 c a t i o n ( 3 )b a s e do nt h er e s e a r c ho na r c h i t e c n l r eo fw o r k n o wm a n a g e m e n ts y s t e ma | 1 dg e n e r a lc o m p o s i t i o n so fw o r k n o we n g i n e ，d e s i g n e dai v韭塞塑皇查堂婴圭堂焦笙苎王堡堕墨堕墨墨堑塑垫堕翌笪堡笪篓s y s t e mw i t haw e bb a s e dl i g h 似e i 曲tw o r k f l o we n g i n ea n di m p l e m e m e dap r o t o t y p e k e yw o r d sw o r k n o w ，r e s o u r c ea l l o c a t i o n ，s e m a n t i cd e s c r i p t i o n ，i f s ，l i g h t w e i g h te n g i n ev独刨性( 或创新性) 声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：墨型日期：塑：；：生关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：毫壁l 日期：1 世f ：! ：鲨导师签名：j 多习p日期：- 工b 坐五地北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究第一章绪论1 1 工作流问题起源和发展现状1 1 1 工作流的起源和发展工作流( w o r k f l o w ) 概念的提出要追溯到上世纪七十年代，它的最早提出是在办公自动化领域。m i c l l a e lz i s m 锄于1 9 7 7 年在宾西法尼亚州立大学完成了他的博士毕业论文“办公过程的表示、定义及自动化”，而s k i pe l l i s 和另一些人一同在x e r o xp a r c 从事“办公自动化系统”的开发【i l d 当时付诸实践的系统并没有迅速展现工作流的优势，但是工作流概念中的流程自动化理念成为一个重要的革新概念被保留下来。到了八十年代，工作流技术开始运用于商业和生产组织，但发展较缓慢。赢到进入上世纪九十年代，由于网络的普及和各种分布式技术的成熟，工作流的协作优势开始显现，工作流系统的开发与研究进入了一个高速发展阶段。到如今，工作流的应用领域已经不仅仅局限在办公自动化领域，在电信业、软件工程、制造业、金融业、航运业等各大领域都可以看见工作流的身影。在以下几大领域，工作流正发挥着巨大作用：( 1 ) 供应链管理：工作流管理技术可以较好的用于实现供应链建模和管理功能。工作流仿真和优化技术，还可以用于部分系统的优化，比如企业的分销系统。( 2 ) 并行工程：并行工程实现了系统的集成和并发操作，使用工作流技术可以很好地用于产品开发过程的建模和管理，完成产品协同设计、产品设计中的冲突协调、产品数据管理与流程控制等功能。( 3 ) 敏捷制造：工作流管理系统可以作为企业间信息集成的使用工具，基于w c b 和基于邮件方式的工作流管理系统可以为企业灵活地组建动态联盟和实现信息交换发挥重要作用。工作流技术应用于敏捷制造需要重点解决的问题就是不同工作流系统之间的互操作和重构问题。( 4 ) 企业经营过程重组：这是工作流技术应用的主要领域。工作流的管理及仿真分析等功能为企业经营过程重组提供了依据，同时工作流系统的组件化和可重构性对企业经营过程重组相当重要，保证了企业在经营过程重组后北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和锗理研究乏褥在变更管理系统上投入大鲎开销。( 5 ) 企业建模与系统集成：以工l 乍滚过程梵核心，以功能、售息、缀织与资源视图为辅助手段研究集成化的企业建模方法，开发相应的集成化企业建模工舆。这一领域的工作流技术，煎点解决不同视图模型之间的集成问题和模爨翁一致淫海越，在i 逛墓稻土，可戳建立以工作流管理系统为萋獭的集成平台觏集成框架款传，从矮实觋方傻、快捷、灵瓣静& 鼹系统集戏。工作流技术综合了计算机科学和管耀科学中诸多研究领域的原理、方法和技零，鸯珏：数据露管瑾、磷两辩象疆术、c 7 s 技术、w 西技术、图形仡厢户羿面、系统集成、瀵惑传递、文樘管理、仿囊等等。近年来，金照瓣避程建模、b 豫、工具、敏捷制造、并行工程的霈要为工作流技术的应用提供了一个广阑魄枣场，使工作流产品得以迅速发展。同时，工作流产品供应不断将信息技术、w e b 技术等研究中晌最新研究成采应用于自爵的产品开发中，促进了它的酱及应用。虽然露 ；蓼鳃工络滤产品述存在缀多淫题，毽怒箍饕工撵滚技术翡遴一步发艇，它必将谯提高企业的效率秘竞争力，使企业更好她遥痤市场变化等方嚣怒到举足轻重款作用。1 1 2 工 莹滚技术的聚究瑷状工作流接拳裙鬃主要囱工作流产晶开发公司维动其发震，讴怒随着在实际巍用中不断取褥良好的效果，人们开燃重携这一技术，鼓褥攫韵其避速发震。一羧说来，工作流技术涵盖了建模、分析、资源规划、攀务鸷理和后勤管理等儿大功能领域。由于九十年代末期以来工作流技术发展迅速，从学术界到商业界存在大豢橇聋每和人员对工作流技术的器个方面遴行研究。舀前，在工作流理论和实施技本方嚣，硪究载波誊主要包惩：工作流管理系统体系结构：包括基于a g e n t 、j 2 e e 、c o 贻a 、w 如s e 辩i e e 、网格等多种体系结构。工作流建穰披术：主要有基予p e t r i 网、有限状态机( f i n i t es t a t e m a c h i n e ) 、u 知能活淤露( a e 幽醇d i a g f 8 越) 、事侮驱魂涩务链( 轴嘶默i 锵np e e s st r a i n ) 等建模技术。工作流模型分析：基于蒜种建模技术之上对业务过程模型的分析。工件流事务特性：研究如何实现高级事务处理技术与工作流管理技术的结合，焉定义蹇查予豹模蹩语义与後复税翎采提麓工佟流系统酌正确性与可靠性。工作流实现技术：包括面向对象技术、异构分布式计算机技术、图形化北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究用户界面、消息通信、数据库等。工作流的仿真分析方法：模拟工作流实际运行状态，减小开支和风险。工作流于经营过程重组：研究如何通过工作流系统的实施来支持企业快速高效地实现经营过程重组。目前国外在工作流技术研究中比较著名的研究项目有m m 公司a l m a d e n 研究中心开发的基于持久消息队列的e x o t i c a 【2 】、佐治亚大学计算机系研究开发的支持大规模复杂的分布式工作流的m e t e o r 【3 j 、西班牙等国五个合作单位协同开发的基于分布式主动数据库技术的w i d e 【4 】以及基于状态与活动图的m e n t o r 【5 】等研究项目。在国内，工作流技术也受到了充分重视。国家c i m s 工程中心研制的c n “s应用集成平台中的c m 哇f l o w 工作流管理系统和国防科技大学研制的工作流集成管理系统y h w 蹦s 都被列入了国家8 6 3 计划。清华大学自动化系系统集成研究所从1 9 9 8 年开始对工作流在计算机集成制造系统( c v i s ) 中的应用进行研究。对于分布式环境下工作流系统的设计【6 1 、p e t r i 网建模f 1 和生产调度傅1 等领域有较系统和深入的研究。根据作者查阅的文献资料来看，目前除了计算机集成制造系统( c i m s ) 外，办公自动化( o a ) 领域的工作流研究也特别活跃，而工作流技术又恰好是起源于这一领域。目前的办公自动化领域的公文流转以及流程化事务操作大多采用了工作流的概念和技术【9 】 1 0 】【l l 】，国家电子政务的发展也在客观上促进了国内办公自动化领域的工作流技术研究。随着国家信息化进程的推进，工作流技术的研究岿然会经历一个蓬勃发展期。1 1 3 工作流产品存在的不足工作流技术研究百花齐放，虽然呈现出蓬勃发展的态势，但是由于缺少标准、特别是近十几年来快速发展，造成了各公司的工作流产品各有所长又无法提供全面服务。目前，不同公司的工作流管理系统在功能、所采用的支撑技术、开发技术和接口上都呈现出非常大的不同。综观目前市场上各类工作流产品，它们的不足之处主要有以下几点“刮：( 1 ) 需要底层通信基础结构的支持：由于大部分工作流是分布式的，这些工作流管理系统必须要建立在适当的底层通信基础上，以便实现执行所需要的分布式计算环境。比如，c o r b a ，d c o m ，j a v a 都是可以选择的，但是，就目前能够实现分布计算的产品来看，它们在实际应用中仍然显得不够成熟，在安全性、容错性、可靠性等方面均不能满足企业的需求。北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究( 2 ) 标准化程度差：不同厂商提供的工作流产品具有自己独立的一套工作流模型、工作流定义语言以及a p i 函数。由于标准不同，用户一旦选定了一种产品之后，就很难再过渡到其他同类产品上了；而且不同的系统之间缺乏互操作的接口，使得用户有很多后顾之忧，像敏捷制造需要的企业动态联盟，若是不同工作流产品之间无法沟通是绝对不行的。尽管w f m c ( 工作流管理联盟)的成立有助于改善这种状况，但若想实现类似于关系数据库一样的统一标准( 如关系数据模型、s q l 语言等) ，仍有很长的路要走。f 3 ) 产品的复杂性：企业应用工作流管理系统不仅仅需要完成过程的定义，这个复杂的实施过程还需要完成的任务包括：对外部的应用系统进行包装以便工作流引擎能够在必要的时候激活它，建立工作流引擎运行所必需的分布计算环境，设计开发相应的用户界面，以及制定相应的管理规程和用户操作规范等。这些复杂的功能不仅仅需要实现，而且需要尽可能逻辑清晰、方便扩展。( 4 ) 系统的安全性：目前的工作流管理系统对系统运行中出现的并发访问和异常错误缺乏正确和可靠的支持。( 5 ) 形式化定义不灵活；目前市场上大多数工作流产品允许用户定义任意的过程逻辑，却不允许用户定义与他们约定不同的角色或组织元素。企业内部复杂多变的组织方式、角色变化和资源描述，与死板的工作流系统形式化定义之间存在着矛盾。( 6 ) 智能化不足：信息化和智能化是紧密联系的，工作流管理系统作为一个信息系统，有必要在系统中加入智能化元素。目前的工作流产品智能化应用不足，优化内部资源管理和决策支持这些功能的智能化应用，就比较缺乏。( 7 ) 工作流技术尚不成熟：尽管工作流技术从最初萌芽发展到现在已经有了很大的进步，但是目前尚没有一种工作流产品或原型系统能够在过程执行的可靠性与一致性方面达到与关系数据库管理系统同水平的功能。1 2 工作流系统与语义描述人类社会包罗万象，各种信息层出不穷。近十几年来的迅速发展，使得人类社会的数据信息呈几何倍地海量增长。如何有效的获取信息? 必须依靠信息化技术来解决。目前，信息化成为当今社会发展的热门研究领域，然而信息化的发展，必然离不开智能化，智能化是信息化发展的必然方向。人工智能学科的研究领域包括了知识表示和自动推理和搜索方法等在内的多个方面。所谓知识表示，就是用计算机可接受的形式对知识进行描述，以便于计算机进行知识的存储、检索、使用和修改，它是自动推理和搜索等其他研究问题的基础。北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究从自然语言理解的角度看，对语言的认知具有语法、语义和语用这三个层次。对于知识表示而言，同样存在着语法( 形式) 、语义( 逻辑) 和语用( 价值)三个层次。为了让计算机帮助人类实现对知识的处理，从简单的形式化语法向更深层次的语义描述也就成了必然的趋势。语义w 曲( s e m a n t i cw 曲) 的出现，正是由于互联网上大量信息不能为计算机所理解而出现的必然产物。1 9 9 8 年，“万维网之父”b e m e r s _ l e e 提出了下一代w e b 一语义w e b 的理念。他对语义w e b 的定义是；“语义w e b 不是一种独立的w e b ，而是从现今的w e b 中延伸出来的，它所表达的信息的意义被很好地定义，使得计算机和人类能够更好地合作”。f ”】工作流系统，由于前面提到的，它在建模方法、范例、开发语言及软件工具等方面都无法形成统一的形式，在统一的信息表达和处理方面困难重重。受语义w 曲的启发，我们考虑像i n t e m e t 的w e b 一样，在工作流系统中引入一种更为智能的表达方式，也就是在原有的形式化描述基础上采用语义描述，从而达到实现统一表达和智能化信息处理的目的，进而构造出统一的可扩展的智能化工作流系统。1 3 论文研究内容本文在综合国内外工作流技术研究的基础上，主要针对工作流系统中的资源描述和资源管理问题进行了研究，并且对基于w e b 访问的工作流系统的开发与应用进行了研究，在借鉴轻量级工作流引擎的思想的基础上设计并实现了一个实验用原型系统a c t i v e f l o w ，还实现了对语义化描述资源的相关操作。本文的内容安排如下：首先，介绍了工作流问题的起源和发展，并对工作流的研究现状进行了综述，分析了现有工作流产品的不足之处。其次，论述了工作流的基本概念和定义，介绍了来自语义w e b 的将用于对资源进行语义描述的r d f 和r d f s 技术。接着，介绍了工作流系统中的资源，详细阐述了对资源进行语义化描述的必要性并给出了实验的样本。在对工作流系统中若干有关分配调度的原则和策略进行研究比较后，结合u p c 理论提出了一个资源分配模型和基于该模型的一种自学习的资源优化分配算法。然后，详细介绍了基于w 曲访问的轻量级工作流引擎的工作流系统a c t i v e f l o w 的设计和实现，包括利用j e n a 软件实现了对资源描述文件的解析和推理。最后，总结全文，并对未来的工作提出了展望。北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究第二章相关技术概述2 1 工作流基本概念和定义1 9 9 3 工作流管理联盟f w o r k n o wm a n a g e m e n tc o a l “i o n ，w f m c ) 的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品之间的互操作，w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系结构以及应用编程接口( w a p i ) 等方面制定了一系列标准1 1 ”。本节首先对工作流的基本概念和定义作一些介绍。工作流( w o r k n o w ) ：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则，使文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行。业务过程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：企业或者机构为了一个总的业务目标而进行的一系列相关活动，这些活动的执行需要遵循一定的规则。过程定义( d e f m ep f o c e s s ) ：业务流程的形式化描述，用来支持系统建模和运行过程的自动化。过程可分解为一系列的子过程和活动，其定义包括描述过程起始、终止的活动关系网络以及一些关于个体行为的信息，具体而言，即构成过程的各活动以及各活动的关系、组织成员的角色、应用中的数据结构等。活动( a c t i v i t y ) ：业务过程的一个执行阶段，由执行者完成。执行者可以是人、软件系统或二者的集合。活动是过程执行中可被工作流机调度的最小工作单元要求有人或机器的参与。下文中还将提到一个与活动容易混淆的概念工作项( w b r kn e m ) ，其实工作项就是某一工作流实例中的各个环节，即已被启动、等待执行的活动。实例( i n s t a n c e ) ：过程的一次运行被称作个过程实例；活动的一次运行被称作一个活动实例。工作流管理系统( w f m s ) 提供工作流管理功能的系统软件。工作流引擎( w o r k f l o we n g i n e ) 根据过程定义工具所生成的配置信息，以此来管理过程、活动实例的生成、运行与结束。一个活动实例结束后，引擎根据配置信息将控制权及其所引用的过程实例数据自动地向后传递，并且当某个后继活动启动所需的必要信息就绪后，将生成后继活动的实例。在活动实例运行期间，如果需要人的参与，引擎应将该实例信息加入相应人的工作列表中，并且在人选择开始该活动实例的运行时，激活预定义的应用程序模块；如果不需要人的参与，北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究引擎应直接激活预定义的软件模块。在过程与活动实例运行的同时，引擎将随时记录运行信息。2 2 工作流管理系统2 2 1 工作流管理系统工作流管理系统是一个软件系统，它完成工作流的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推进工作流实例的执行。通常，工作流管理系统指运行在一个或者多个称为工作流引擎( 也称工作流机) 的软件上的用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行者( 人、应用) 交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。工作流管理系统可以用来定义与执行不同覆盖范围( 单个工作者、部门、全企业、企业间) 、不同的时间跨度( 分钟、小时、天、月) 的经营过程。这完全取决于实际应用背景的需求。虽然不同的工作流管理系统具有不同的应用范围和不同的实施方式，但它们还是具有许多共同的特性。从比较高的层次上来抽象地考察工作流管理系统，可以发现所有的工作流管理系统都提供了三种功能【1 2 】：( 1 ) 建立时期功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能。( 2 ) 运行时期的控制功能：在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完成每个过程中活动的排序和调度功能。( 3 ) 运行时期的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与i t 应用工具之间的交互。图2 一l 给出了工作流管理系统的三个主要功能之间的关系：北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究过程设计和定义建立时期运行时期过程实例化和控制用户接口和应用工具j 过程定义l j 过程变更工作流执行服务一 王一一一一_ 士 一一一黎刮嚣萝人员图2 1 工作流管理系统的功能”62 2 2 工作流参考模型为了实现不同工作流系统之间的信息交换和协作，工作流管理联盟w f m c提出了一个工作流参考模型，如图2 2 所示图2 2 工作流参考模型组件和接口“6图2 2 描述了工作流管理系统的主要部件和相关接口，这五个主要部件分别是：( 1 ) 过程定义工具：用来定义工作过程，是业务过程的计算机形式表示，也叫工卤由北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究作流模型。佗) 工作流执行服务：是工作流管理系统的核心，它借助一个或者多个工作流引擎，来激活并解释过程定义的全部或者部分，提供了过程实例执行的运行环境。( 3 ) 工作流客户应用：是指用户操作工作流管理系统分配的任务或者活动的功能。( 4 ) 工作流引擎直接调用的应用：是指工作流执行服务在过程实例的运行过程中调用的，用以对应用数据进行处理的应用程序。( 5 ) 工作流管理工具：其功能是对工作流管理系统( w f m s ) 中过程实例的状态进行监控与管理。上述五个接口统称为w b r k f l o wa p i ( w 廿i ) ，主要是完成功能部件之间以及工作流引擎之间交互的功能。工作流参考模型自从提出以来，已经为大家所接受并运用于工作流系统开发中。基于工作流参考模型、实现上述五大部件接口的工作流系统具有更好的可扩展性。2 2 3 工作流执行服务及工作流引擎工作流执行服务是工作流管理系统的核心功能。该组件用于创建新的案例、基于过程定义生成工作项( w o r ki t e m ) 、匹配资源和工作项、支持活动的支持以及记录工作流的特定方面。为了提高整个系统的可扩展性，执行服务可以由多个工作流引擎( 、v o r k f l o we n g i i l e s ) 组成。在个含有多个工作流引擎的执行服务中，工作被分布到多个引擎上，分布情况主要取决于案例的属性、任务和资源。工作流引擎又是工作流执行服务的核心，它为工作流实例的执行提供运行服务环境。在有些情况下，几个工作流引擎彼此协作，每一个引擎负责案例和过程的一部分。工作流引擎的职责包括：创建新的案例并且移走完成的案例采用相关过程定义的解释，路由案例管理案例属性将工作项提交给合适的资源( 雇员) ，它们是基于资源分类的管理和处理触发在活动执行中启动应用软件记录历史数据提供工作流的统计信息监控工作流的一致性9北京邮电大学顺士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究目前，有一些比较著名的开源的工作流引擎，如o b e 、0 f b i z 、s h a r k 、o p e n e b x m l 、b o n i 协、a c t i v e b p e l 、i b p m 等，这些引擎为我们设计实现工作流系统提供了参考。o b e 是由a d r i a np “c e 主持开发的一个开放源码的j a v a 工作流引擎，支持w f m c 规范，包括接口1 ( ) a ，d l ) 、接口2 3 ( w a p i ) 和接口5 。o f b i z 提供了一整套的开发基于j a v a 的w e b 应用程序的组件和工具，其中包括实体引擎、服务引擎、消息引擎、工作流引擎、规则引擎等。s h a r k 是非常强大的、可扩展功能的工作流引擎，它严格遵循w f m c 和o m g 的规范，支持嵌入( a p i ) 和分布式( c o i 国a 服务) 使用两种方式，能同步地运行在多个虚拟机下，利用x p d l 定义流程，同时包括服务器端的用于活动节点执行的w f m c 工具代理a p i 。0 口e n e b l 项目致力于提供一个曲x m l 框架，主要支持1 n c e f a c t 和o a s i s 发布的e b ) ( i l 规范2 o 版。b o i l i t a 是一个符合w f m c 规范、灵活的协同工作流系统，基于浏览器，使用s o a p 和x m l 数据绑定技术的w e bs e r v i c e s 。a c t i v e b p e l 引擎是能执行用户按b p w l 4 w s 规范编写的业务流程，它由a c t i v ee n d p o i n t s 公司开发和维护，该公司同时在它的多个商业产品中使用了该技术。j b p m 是t 0 mb a e y c n s 编写的一个灵活可扩展的工作流管理系统，它将工作流应用开发的便利性和杰出的企业应用集成( e a i ) 能力结合了起来，包括一个w 曲应用程序和一个曰程安排程序。2 3 语义描述相关技术2 3 1 概述语义描述涉及很广，本文所讨论的语义描述主要是借鉴了语义w e b f s e m a n t i cw c b ) 的相关技术，而并非传统语言学范畴的语义表达。以下将对语义w e b 及其产生的背景做一个简单的介绍。众所周知，i m e m e t 上分布着海量的信息，但目前为止大部分信息是以h l这样的便于人类阅读的形式存在。由于信息内容没有更好地形式化表示，计算机难以处理这些信息。而互联网上广泛存在的信息格式的异构性、信息语义的多重性以及信息关系的匮乏和非统一，给人们在信息搜索、抽取、表示、解释和维护北京邮电大学硕士学位论文丁作流系统及其资源描述和管理研究方面造成极大的不便。正是由于这样，使得网络的深层次应用，如电子商务、电子政务和数字图书馆等智能化服务的开展十分困难。此外，由于计算机拥有对大规模信息处理的能力，因此将网上信息处理和利用尽可能地交给计算机自动完成是解决这些问题的关键。而要达到这样的目的，人们必须让计算机能够“理解”这些信息，并在“理解”的前提下更好地处理和利用这些信息。正是在这样的背景下，w w w 的发明者t i mb e m e r s l e e 描述了在现有w 曲的基础上建设下一代w e b 的蓝图语义w c b ( s e m a n t i cw e b ) 。按照t i mb e m e r s l e e 及其合作者的构思，语义w e b 的体系结构是一种分层体系结构，如图所示：翮i _ j冈i 信任卜田倒旧冈岩斟设字签名r d f + r d fs c h e m al匪图2 3 语义w e b 的体系结构语用层语义层语法层第一层由u r l 和u h i c o d e 构成；第二层是关于语法互操作性，由x m l 及相关技术来解决；第三层是关于元数据互操作性，由m ) f 和r d fs c h e m a 来处理；第四层是关于本体，以便对事物以及他们的相互关系进行深入描述，这就需要描述本体的语言；第五层为逻辑层，需要提供一个用来描述推导规则的互操作语言，这样就可以从所描述的事实和推导规则进行某种推理；第六层为证明层，需要提供一个用来描述推理步骤的证明语言。第七层为信任层，需要其他各层的支持，采用一种跨越多层的技术，使一个团体在一定范围内可信任。工作流系统中的资源描述问题，主要涉及到第三层，即i f 和r d f s 技术。以下两节将对砌) f 和糊) f s 技术做简单的介绍。2 3 2r d f 技术语义w e b 的核心是让机器理解w 曲上的信息，即w c b 数据的含义。这就需北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究要为机器提供描述w 曲数据的数据，即元数据( m e t ad a 诅) 。为此，需要建立一个通用的元数据模型，资源描述框架( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o f k ) 正是这样的一种标准。砌) f 定义了一个简单的数据模型，通过性质( p r o p e r t y ) 和值( v a l u e ) 来描述资源以及资源与资源之间的关系。在i u ) f 模型中，如果将资源描述框架的性质看作是资源的属性，则资源描述框架模型也可以看作传统的 对模型。r d f性质还可以用来表示资源之间的关系，因此r d f 模型类似于一个实体关系图。r d f 描述的资源可以是任何一个能够用u r i 代表的事物，属性值可以是原子实体，也可以是一个由某个u r 】代表的资源。r j ) f 模型的表示方法有3 种：图示法、三元组和x m l 。现在使用广泛的r d f实例的文本表示是基于x m l 的，以便在w 曲上可用并且可以互操作，这也是我们在对工作流资源进行语义描述是采用的形式。w 3 c 早在1 9 9 9 年就制订了“r d fm o d e la i l ds y n t a x ”规范，其中介绍了表示r d f 元数据的模型和用以编码传送元数据的语法。2 0 0 0 年3 月2 7 日又发布了r d fs c h e m a 的候选标准，介绍了如何使用r d f 来描述r d f 词汇，并为此目的专门定义了一个基本的词汇集。w 3 c 的r d f 核心工作组一直致力于修订“r j ) fm o d e la 1 1 ds ”t a x ”标准，完成r d fs c h e m a 的推荐标准，建立r d f 基本技术与x m l 相关众多标准的联系。2 0 0 4 年2 月l o 曰，) f 核心工作组发布了r d f 相关技术的最新一套规范，作为w 3 c 整个语义w 曲体系中的一个重要部分。其中包括“p r i m e r 【1 8 】，c o n c e p t s 【1 9 】，s y n t a x 2 0 】，s e m a n t i c s f 2 l 】，v o c a b u l a r y 【2 2 】，t e s tc a s e s 【2 m 共六个推荐标准，这套规范作为一个整体，对r d f 相关技术作了新的描述，用以取代先前的规范r d fm o d e la n ds y m a ) 【( 1 9 9 4 推荐标准) 和r d fs c h e m a ( 2 0 0 0 候选推荐标准) 。“r d fp r i m e r ”中提供读者关于使用砒) f 的基本知识，包括砌) f 基本概念、订l 语法、r d f 词汇定义以及一些r d f 应用。“r d fc o n c e 口t s 锄da b s t r a c ts y m a ) ( ”规范定义了i m f 的抽象语法，用以联接具体语法与形式语义。“r d f x m ls y n 掘xs p e c i f i c 撕o n e v i s e d ) ”中定义了r d f 的x m l 语法表。“r d fs 呦a n t i c s ”规范为砒) f 和r d fs c h e m a 规定了精确的语义以及相应的完整推理规则。“r d fv o c a b u l a r ) ，d e s c r i p t i o nl 雠g u a 鲈1 o ：r d fs c h e m a ”规定了如何使用r d f 描述r d f 词汇，并定义了一套词汇。“r d ft e s tc a s e s ”规范则提供了一套测试用例，用以测试技术问题。2 3 ，3r d fs c h e mr d f 使用属性及属性的值描述资源，形成一条条的语句。然而，在这些语北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究句中会使用一些特定的词汇，特别是，有时候需要指明正在描述的资源是一类资源，用以描述此资源类的属性是一些特定的属性，r d f 并不具备这样的能力。r d f 模型只是提供了一种机制来描述元数据，它并没有定义任何应用领域的语义，定义专门领域的资源属性及其语义需要其它的手段。这些类和属性所形成的特定词汇可以使用砌) fs c h e m a 来描述。r d fs c h e m a 比较类似于一些面向对象的程序设计语言，比如允许类组织成层次结构，一个资源可以是一个或多个类的实例。但在某些方面又不尽相同，比如它对类和属性的描述属于扩展的性质，不是强制性的。r d fs c h e m a 本身也是一种元数据，也是以砌) f 资源集的形式存在的。并且) fs c h e m a 产生的词汇描述也是) f 图，遵循甜) f 规则。因此，i d f 软件可以把砌) fs c h e m a 正确的解释成r d f 图，图中包含若干资源以及属性。只是，r d f 软件只能理解“r d f ”为前缀的词汇，而无法理解“r d f s ：”前缀词汇的含义。r d fs c h e m a 软件就是要在此基础上解析自己内置的词汇含义。r d fs c h e m a 定义了资源的种类，还有资源的属性及其之间的关系。元数据的含义被机器理解和共享是很必要的，在这方面本体( o n t o l og ) r ) 起了相当重要的作用，本体实际上是一种共享的词汇，一般描述了某个领域的重要概念，以及概念间的属性。由于建立本体需要的工作量过大而且需要具备一定范围内认可的抽象性，本文没有针对工作流系统中的资源描述建立本体。砌) fs c h e m a 中提供了一些建模的原语，大体上可分为类( c l a s s ) 和属性( p r o p e r t y ) 。基本的建模原语主要有r d f s ：r e s o u c e ，r d f s ：c l a s s ，r d p r o p e r t y r d f s ：s u b c l a s s o f ，r d f s ：s u b p r o p e r t y o f ，r d f ：t y p e ，r d f s ：d o m a i n 和r d f s ：r a n g e 。利用r d fs c h e m a 建模原语就可以为某一特定领域构建词汇表，从而共享信息，以便人机交互。2 4 本章小结本章首先给出了工作流管理联盟( w f m c ) 关于工作流基本概念的一些定义：然后论述了工作流管理系统的概念和功能，介绍了w 丑c 给出的参考模型并说明了工作流系统以及工作流引擎需要实现的功能；随后简要介绍了语义w 曲的发展并详细论述了将用于对资源进行语义描述的r d f 和砌) f s 技术。北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究第三章资源描述和资源管理研究3 1 工作流系统中的资源3 1 1 资源的概念在工作流系统中，我们通过过程定义( p r o c e s sd e 丘1 1 i t i o n ) 来表述实施一个特定类型的案例，需要执行哪些任务，同时也表明各个任务的执行所必须遵循的次序。然而，通过过程定义却无法说明每个任务到底应该由谁来执行，或者使用哪一样工具，这就需要给每个工作项( w o r ki t e m ) 分配资源( 人或者设备、材料等) ，它对于工作流的效率和效力非常重要。关于资源，目前并没有明确的定义。我们认为，资源是工作流活动赖以生存的外部环境，活动实例只有在被赋予相应的资源后才可执行。因此，在工作流系统中，资源既包括了参与的人，也包括了完成活动所需的物，这是一种广义的资源定义。在某些工作流管理系统中，将人和物作为不同的概念独立出来，将活动参与者( 人) 划入组织模型，而把其他资源另外划入资源模型。在本文以下的论述中，如无特殊说明，资源一词均是指其广义的概念，即包括了人力资源与非人力资源。3 1 2 资源的分类工作流系统中的资源，除了按照人和物进行划分外，还可以按照是否能够多次存在划分为可重用资源和不可重用资源。其中，可重用资源，指被占用其的任务对象释放后可重复使用的资源，包括执行活动的雇员和仪器设备等；不可重用资源，指被占用其的任务对象释放后不可重复使用的资源，如某些消耗性材料。另外，还可以按照动态静态划分：动态资源是指任务执行前不存在但在任务执行时才产生的对象，如任务产生的文档对象等：静态资源是指任务执行前就存在的资源，如员工和固有的工具、设备等。此外，可以按照是否共享划分为共享资源和独占资源，其中共享资源是指可同时被几个任务对象使用的资源，独占资源是指不可同时被几个任务对象使用的资源。一般情况下，我们考虑的都是独占资源。对于不同分类的资源的描述和管理，存在着差异。各种各样的资源为工作流系统对其进行表述和管理造成了困难。北京邮电大学硕士学位论文工作流系统及其资源描述和管理研究3 2 资源的语义描述现有的工作流系统，主要依靠在系统建模阶段，通过需求分析确定系统中的资源，从而以过程定义语言的方式表达出来，另外有一些工作流系统是通过关系数据库将关于资源的描述以数据的形式进行永久性存储。接下来我们先看看过程定义语言的资源描述。3 2 1w p o l 与x p d l 的资源描述根据w f m c 的参考模型，过程定义工具和工作流引擎之间需要接口1 ，工作流过程定义语言w p d l ( w o r k f l o wp r o c e s sd e f i l l i t i o nl a n g u a g e ) 就属于