（计算机应用技术专业论文）迁移工作流中工作位置上的通信与协作机制研究.pdf

山东大学硕士掌位论文 摘要 迁移工作流是将移动计算技术应用于工作流管理的一项新技术呱工作流 业务过程根据业务目标的复杂程度被映射为一个或多个迁移实例，每个迁移实 例执行一个目标相对独立的子业务过程，迁移实例在停靠站服务器的支持下通 过迁移和协作实现总的业务目标。构成迁移工作流管理系统的三要素是迁移工 作流管理引擎、迁移实例和工作位置。工作流引擎完成工作流过程定义、迁移 实例生成和多迁移实例协调等，工作位置指停靠站服务器及其相关联的工作机 网络。其中，停靠站服务器是迁移实例的运行场所，工作机为迁移实例提供各 种工作流服务，是工作流服务的实际执行场所。 在跨机构的迁移工作流管理系统中，允许不同的迁移实例在不同的机构创 建并首先运行( 归属不同所有者) ，以支持跨机构流程的并发性。当同一工作 流程中有多个迁移实例被创建时，不论它们是否属于同一拥有者，只要它们到 达同一工作位置，其协作性都要求它们能够相互进行本地通信。因此，工作位 置上的交互机制是迁移工作流管理系统中的重要研究内容之一。 本文根据迁移工作流的概念模型和迁移工作流系统参考框架，针对工作位 置上存在的迁移实例与迁移实例之间、迁移实例与工作位置之间的不同交互， 在系统原有交互模型的基础上，提出了一种工作位置上的实名交互和匿名交互 相结合的混合交互模型。实名交互对应于同一机构中创建的互相己知的多个迁 移实例之间，即它们属于同一个所有者，彼此知道对方的真实存在。而出于自 治的原因，不同机构创建的迁移实例之间彼此不需要知道对方的真实存在，只 需要以某种方式实现协作，因此它们之间可以采用匿名交互方式。 本文在系统原有交互模型的基础上，重点对采用会见模型的匿名交互进行 了讨论，提出一种会见模型的概念定义和体系结构，到达同一工作位置的迁移 实例通过加入会见共享结果信息。本文同时对知识查询与处理语言k q m l 进行 扩充，增加了系统需要的几条原语，使其符合迁移工作流中的交互需要，并增 加了系统的灵活性。 分析会见模型的实际运行结果，表明该原型正确、有效的实现了预期目标， 山东大学硕士学位论文 验证了会见模型设计的正确性。 关键词：迁移工作流：移动计算；交互；会见模型 i i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t m i 掣撕n gw o r k n o wi s an e wt e c h n o l o g ya p p l y i i l gn l o b i l ec o m p 岫g 幻 w o r k n o wm a n a g e m t h l1 i 曲to fl h ec o m p l e x 毋o f 血eb u s i n e s sp r o c 韶sg o a l ，1 量l e w o r k f l o wi sc o n l p l e t e db yo i l eo rn l o r el i l i 鲥i n g 岫锄c e o fw i l i c h “e r y o n e e x e c u t e sas u b p r o c e s so ft l l e 、r 姐o w t h et l l r 豁n d a lf a c t o r so fam i 霉嘶n g w o r l 【n o ws y s t e mi 1 1 c l u d ei n i 鲫n gw o r k n o wm 锄a g e m 锄te i l g i i l e ，n l i 掣a 士i n g i n s 切n c ea n d 、轴r k p l a c e t h em a i l a g e m e n t 锄g i n ei si i lc h a 唱eo fw o r 妊i o w p r o c e d u r ed e f i i l i 矗o n ，n l i 笋砒i n gi n s t a i l c e sg m e r 撕o n 狮d 让增c 0 0 r d i n a l i o no fm a 哆 i l l s t 锄c 器t h ew o r i 【p l a c er e f 打s 幻吐l ea l l c h o r a g es e r v e ra i l dw o r k m a c h i n en e t 、o r k ， w i i l et l l ea n c h o r a g es e e ri dt i l ee x e c 砸n gp l a c eo f1 1 1 i 鲥城n gi l l s t 鼬c e ，缸d w o r k - m a c i l i n ep r o 访d e s 、o r k f l o ws e r v i c e st or n i 铲撕n gm s 协c e m i 掣a t i i l gi n s t a n c e a c c e s s 船w o r k n o ws e n ，i c e sm r o u g h 锄c h o m g e 辩e rb ym e a n so fo b j e c tf e f e r e i l c e m 觚a g e m e n ts y s t e m s h li m e 卜o r g a | 1 i z 撕o nn l i g r a d o nw o r k n o ws y s t e i i l s ，c r e 撕o na i l df i r s tn mo f d i 丘爸r e mr n i 笋鲥o ni i l s t 觚c 船i l ld i 虢r e n to r g a l l i 刎o n s ( 枷b 砸o no fd i 胁e n t o 啪e f s ) i s 址1 0 w e dt os u p p o r t l e 鲫b s e q u e n to ft 1 1 ei n t e r 。a g 髓c yn o 哪m i 乒a t i n g i i l s t a l l c en e e dt oc a h yo u tl o c a lc o l l a b o r 撕o n sb ys o m ec o 姗l | i l i c 撕o n 州咿sw h a 币v i l l ga tt i l e 锄ew o r k p l a c ew h e 吐l e rt h e yw e r ec r e a t e db y 血es 锄ew o r k p l a c e 。 t h l l sm ea l t e m a l i o nm e c h a l l i s mo nw o r k p l a c ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a l l tr e s e a r c h c o n t e n ta b o mi i l i 黟劬g 、r k n o wm 粕a g e m e i l ts y s t e i l l s n d sp a p e rp r e s e n t sr 器e a r c ho nt i l ea i l c h o r a g eb 箱e do n 吐l ed e 觚t i o no f r n i 謦a 血gw o r k n o ws e r v i c e i na l l 面o n 幻t h ea l t e m 撕o nb e t 、v e e nn l i 笋a l i n g i 1 1 s t a l l c e 锄db e f w 嘲1l n i g r 撕n gi n s t 锄c e 粕dw o r k p l a c e ，t 1 l i sp 印e rp r o v i d e sa m i x a l t e m a t i v er n o d e 王b a 辩do n 仃1 l e n a m ea l t e m a 五v ea i l d 姐o n y r r l o u sa l t 啪撕v e t h et n j e - n 锄ea l t e m a l i v ec o r r e s p o n d st om l l l d - i n s c a n c ew 1 1 0a r ec r e m e db yt t l e s 锄eo 玛锄i z a d o n ，v i z 血e yb e l o n gt 0m es 锄eo 、m e r sa 1 1 dl m o we a c ho 山e r sr e a l e 妞s t e n c e b u tb e c a u s eo fa u t o n o n 阢a g e n t sc r e a c e db yd i 虢r e n ta g e i l c i e sd o n tn e e d 幻k n o we a c ho t i l e r sr e a l i t yw h e n 枷v i n ga t 吐l es a i l l e 、r k p l a c e t h e y0 1 1 l yn e e dt o c a n yo u tc o l l a b o r 撕o nb ys o n 增i n d i r e c tc o m m 吼i c 撕o nw a y st h i l s 血e yc a l la d o p t i i i 山东大学颐士学位论文 a i l o n y m o u si m e r a c t i o n s t h i s p a p e rp r e s e n t s r e s e a r c ho n血ea n o n y m o u sm t e r a c t i o i l sb 嬲e do n 加e e 矗n g - f d e j t 2 l i sp 印e rp f e s e n 协t l l ec o f l c e p d o n 锄da r c l l i t e c t u 诧o fl h e m e e n n g m o d e l m i f 撕n gi i l s t a r i c es h a r et h e i fw o r k f l o wr 豁u i 毽b yj o i l l i i l g 也e m e e d n gw h 硎讥n ga tm es o m ep l a c e 1 m sp 印e re ) c c d sl l l ek q m l l a n 毋墙g et 0 m a l 【ei ts u i tm ew o r k f l o wm a n a g e r s y s t e m t h e 锄a l y s i so ft 量l ee x e c u 丘o nr e s u i t so ft 量l e p r o t o t y p e s h o w st 量l a tm e m e e 妇哥啪d e lp r o t c 哆p er e a l i z e s 血ed e s i 弘砸o no b j e c t s 锄dp r o v 豁出er e f e r e l l c e m o d e lo f 山ei n t e f a c 五0 n k e yw o r d s ：m i g r a t in gw o r k f l o w ；m o b ii ec o m p u t j n g ： i n t e r a c t i o n ； m e e t i n g _ f d e f i v 原创性声明和关于学位论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：奎垒型j 日期：丝1 丝丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。根据工 作流管理联盟( w j 棚o wm 越a g e m e mc o a l 猫o n ，w 伽c ) 对于工作流的定义： 工作流就是“业务过程的部分或整体在计算机应用环境下的自动化”，它主要解 决的是“使在多个参与者之间按照某种预定义的规则传递文档、信息或任务的 过程自动进行，从而实现某个预期的业务目标，或者促使此目标的实现”。简单 的说，工作流就是一系列相互衔接、自动进行的业务活动或任务。 工作流管理系统指运行在一个或多个称为工作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。工作流管理作为面向过程 建模、优化、执行与监控的技术在企业中的应用已表现出强大的生命力，广泛 应用于办公自动化、文件管理、电子邮件、群件应用、业务流程重组等领域。 目前，随着企业规模的不断扩大，信息资源正以惊人的速度增长，面对这 样一个异构、分布、松散耦合的计算环境以及客户服务器结构、联邦系统和分 布式处理技术( w w w 、c o r b a 、o l e 、j a v a ) ，需要建立一个有效管理的异构 分布式执行环境，分布式工作流管理系统由此诞生。现代集成制造系统、银行 系统、保险系统、电信系统以及电子商务等许多行业都是跨地区跨部门的，其 业务流程不仅规模大，业务逻辑也更加复杂，要想高效的执行这些业务流程， 需要工作流技术的支持。可是在复杂应用领域中如生产领域的业务流程要比一 般商务业务流程复杂的多，这些流程的复杂性体现在两个主要方面上：第一是 业务流程本身的复杂性，包括不同环节之间的逻辑关系的复杂性、输入输出数 据结构的复杂性、每个业务环节自身处理功能的复杂性；第二是业务执行环境 的复杂性，这些领域中的业务流程规模比一般商务业务流程大得多，一般要包 括成百甚至上千的业务环节，有时这些业务环节是跨车间甚至是跨组织的，也 就是说业务流程中的不同环节或者任务一般是分布在一个异构的环境中。现有 山东大学硕士学位论文 工作流技术尚不能满足这些领域的业务处理要求，因此迫切需要研究分布式应 用领域的工作流技术。 在分布式工作流管理系统中，多个迁移实例通过迁移和协作完成工作流过 程。在利用多a g e n t 对工作流问题进行处理的过程中，集中在一个系统中的单 个a g e n t 必须与其他a g 锄t 协作完成，因此，通信和协作成为迁移工作流研究中 的一项重要内容。 1 2 迁移工作流的研究现状 迁移工作流( i i l i 簪拍n gw o r k f l o w ) 是近年来工作流管理研究的一个新方向。 迁移工作流将移动计算的基本思想和技术应用于工作流管理，指定移动代理( 移 动a g 锄t ) 完成工作流中的活动，则工作流过程的执行演变为多个移动a g e n t 之间的集散式协同工作过程，并且利用移动a g e n t 本身所具有的自主性和移动 性等特性可以促进、改善工作流的管理和执行，能够使得工作流系统更加符合 其分布、并行、异步的本质，从而大大增强工作流系统的能力。 在迁移工作流系统中，执行某个活动的移动a g e m 被称作迁移实例 ( “笋撕n gi n s t a n c e ) 。迁移工作流管理系统是由多个迁移实例构成的分布式系 统。这些迁移实例是相互独立的并且每个主体可以负责执行一个业务目标相对 独立的业务过程。 在文献【3 】中构造的基于移动范型的迁移工作流框架中，迁移工作流系统 由迁移实例、工作位置和工作流引擎组成。其中，迁移实例按照用户的需求由 工作流引擎或工作位置生成，是任务执行的主体，可利用当前工作位置的资源 执行所携带一项或多项任务。当发现当前的工作位置不能满足执行任务的需求 时，迁移实例可携带自身的代码、数据和当前执行状态迁移到另一个能满足其 要求的工作位置上继续执行。迁移实例是在运行时刻定义的，是在工作位置上 不断合并静态工作流说明、本地规则和策略以及用户决策的结果。 迁移工作流很好的解决了传统工作流所欠缺的柔性、自适应性、规范性等 问题，大大提高了工作流系统适应动态环境的灵活性，特别适合需要传递大量 数据和需要大量调用远程服务的分布式并发处理过程。 目前，迁移工作流管理系统仍然处在实验室的原型研究阶段，迁移工作流 2 山东大学硕士学位论文 系统在作为下一代工作流管理系统，多迁移实例的交互和感知方面的研究仍然 引起了越来越多的关注。 1 3 论文创新点 本文在基于移动计算范型的迁移工作流研究的基础上，重点对工作位置上 的通信与协作机制的进行了研究。并根据迁移工作流系统的实际需求，在对工 作位置上各种通信方式进行分析的基础上，基于消息传递和会见模型的概念， 提出了一个工作位置上的混合交互模型。 本文主要创新点： l 、针对工作位置上的交互，提出了会见模型的概念模型，为工作位置上迁 移实例之间的间接交互提供了概念基础。 2 、基于会见模型的概念，提出了一个会见模型的体系结构。该体系结构具 有很好的灵活性，可以为互相未知的迁移实例之间提供交互的平台。 3 、对k q m l 语言进行扩充，根据会见模型的体系结构实现了一个工作位 置上的会见服务，采用咀。语法解析器检查通信消息，使通信语言的准确性 得到提高。 1 4 本文组织结构 本文的内容结构如下： 第l 章论述了课题的研究背景和意义，阐述了迁移工作流的研究现状，并 且给出了本文的创新点。 第2 章介绍了工作流的概念和相关技术，论述了移动a g e m 技术的基础知 识和研究现状，为开展迁移工作流研究奠定了技术基础。 第3 章介绍了迁移工作流的相关概念定义和迁移工作流系统框架，讨论了 迁移实例、停靠站服务器的基本功能结构。 第4 章对工作位置上的交互类型进行分析，提出了混合协作模型的体系结 构，并着重讨论基于匿名协作中会见模型的概念定义和体系结构，并对k q m l 语言在迁移工作流中的应用进行讨论。 第5 章根据第4 章提出的会见模型的体系结构，用j a v a 技术实现了个 山东大学硕士学位论文 会见服务的原型，给出了主要组成部分的类结构，结合一个实例演示了会见服 务原型。 第6 章总结全文。 4 山东大学硕士学位论文 第2 章迁移工作流研究基础 2 1 工作流技术基础 2 1 1 工作流的基本概念 工作流的概念起源于生产制造业与办公自动化领域。 工作流管理联盟( w i r k n o w m 匝a g e r n e n t c o a i i 矗o n ，简称w 伽c ) 是工作流 技术的标准化组织，w 蹦c 为工作流提供的定义是【4 】： 定义2 1 1 工作流f w o 糊。奶 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，文档、信息或任务能够在不同的执行者之间传递与执行。 以上定义首先强调的是工作流是一个经营过程。其次，工作流是能够全部 或部分自动执行的经营过程。工作流所要解决的主要问题是使在多个参与者之间 按照某种预定义的规则传递文档、信息或任务的过程自动进行，从而实现某个预 期的业务目标，或者是促使此目标的实现。参考文献 5 对工作流做出了进一步 的解释，认为工作流应该能够描述业务过程以下几个方面的问题：即业务过程是 什么( 由哪些活动、任务组成，也就是结构上的定义) ；怎么做( 活动间的执行 条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流与信息流的定义) ；由谁来做( 人 或者计算机应用程序，就是组织角色的定义) 。 工作流定义的另一个主要方面是经营过程的全部或部分自动执行。这说明了 工作流所关注的经营过程与一般的经营过程的主要区别。经营过程能够自动执行 是使其自动化的一个必要条件，在当前的条件下，计算机技术是能够达到经营过 程自动化的主要手段。因此，要做到经营过程的自动执行，就必须首先要准确描 述经营过程，由此得到工作流模型。描述完的工作流模型交由计算机系统自动执 行，由此得到工作流管理系统的概念。 2 1 2 工作流管理系统的定义和分类 定义2 1 2 工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称w 删s ) 山东大学硕士学位论文 工作流管理系统是通过运行在工作流引擎上的软件来定义、创建和管理工作 流执行的系统，而工作流引擎则可以解释过程定义、同工作流参与者交互，并且 必要时能够调用信息处理工具和应用程序。 所有的工作流管理系统表现出一些共同的特点，正是这些特点提供了不同 产品之间互相集成和互操作的基础，形成了一个工作流管理系统的基本结构， 工作流管理系统一般包括以下三个主要功能： 建立时功能( b u i l d t i m ef u n c t i o n ) 对业务流程进行定义，生成计算 机可处理的过程定义： 运行时控制功能( r u n - t i m ec o n t r o lf u n c t i o n ) 负责创建和控制过程 实例，定制工作流中每一步的活动实例及激活相应资源和应用程序，通知任 务参与人员等。它通常分布在多个计算机平台上执行； 运行时交互功能( r u n - t i m ei n t e r a c t i o nf u n c t i o n ) 具体的参与人员和 应用工具的交互，完成每步活动实例。 图2 一l 描述了工作流管理系统的基本特征，以及这些主要功能之间的关系。 过程设计和定义 构建阶段 过程分析定义和建模工具 三石鬲矗f 兰堡兰兰 过程实例化和控制 i 工作流执行服 与用户和应用工具 之闻的交互作用 过程改变 图2 一l 工作流管理系统的功能特征 应用程序 和i t 工具 根据不同工作流系统所采用的任务项传递机制的不同，市场上的工作流产品 可以划分为基于文件的工作流系统、基于消息的工作流系统、基于w 曲的工作流 系统和群件与套件系统四类。 山东大学硕士学位论文 2 2 移动计算技术基础 2 zt 移动a p n t 的基本概念 a g e n t 技术的诞生和发展是人工智能技术和网络技术发展的必然结果。人工 智能的研究成果，使应用程序有了初步的面向目标的特征，郎应用程序具有了某 种意义上的主动性，并且具有了自主判断和选择行为的能力。另一方面，网络技 术的发展，使得分布式人工智能的研究成为一个新的热点，出现了分布式问题求 解和多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t 鲫，m a s ) 两个分支【6 1 。多a g e n t 系统是一些 a g e n t 通过协作完成某些任务或达到某些目标而构成的系统 i s 。a g e n t 具有不同 的问题求解能力，多个a g e n t 之间按照约定的协议进行通信和协调，使得整个系 统成为一个性能优越的整体，可以解决单个a g e n t 难以解决的问题。 若将智能a g 锄t 限定到计算机程序的范畴内，则着重强调具有移动性的智 能a g e i l 卜一移动a g e m 所表达的含义实质上可简述为“代码的移动”。这与传 统的基于耻，c 的分布式计算模式有显著的区别。考虑传统的分布式计算模式： 主机a 上运行的程序发送r p c 请求到主机b 上的某个程序，主机b 将请求处 理完毕，结果返回给主机a 。这对于在主机间传送的数据量不大的情形下是没 有问题的。但如果主机之间往返传送大量数据，而这些数据实际上包括大部分 的中间数据，最终结果可能只占一小部分，则可以考虑这样一种实现方式：某 个程序从主机a 直接迁移到主机b ，在主机b 上执行，执行完毕后携带最终结 果返回主机a 。这样可省略大量的中间数据的传输，从而提供系统效率。这样 的一个基本思想就是移动a g e n t 的非常简要的描述。因此，传统分布式计算模 式实际上是一种“将数据移向计算”的模式，而移动a g e m 所代表的计算模式 则是“将计算移向数据”的模式。 2 2 ，2 移动a 和n t 系统组成 移动a g e n t 系统由移动a g e n t 和移动a g e n t 服务器两部分组成。移动a g e n t 服务 器基于a g e n t 传输协议( a g e n tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 实现a g e n t 在主机间的迁移， 并为其分配执行环境和服务接口。a g e n t 在服务设施中执行，通过a g e n t 通信语言 山东大学硕士学位论文 a c l ( a g e n tc o m u n i c a t i o nl a n “a g e ) 相互通信并访问服务设施提供的服务。 移动a g e m 服务器向移动a g e m 提供的服务有： 1 ) 为移动a g e f i t 提供运行环境，对移动a g e n t 的运行进行调度。当移动 a g e n t 迁入到服务器时，服务器将移动a g e n t 加入运行环境，然后启动移动a g e n t 运行a 一般地，运行环境具有两大类功能：向移动a 蝉t 提供运行支持，及服 务器通过运行环境对移动a g 锄t 进行控制和管理。 2 ) 向移动a g e n t 提供本地服务。本地服务可分为功能服务( 程序) 和资源 服务( 数据) 两大类。移动a g e n t 迁入服务器的一个基本目的就是以本地运行 方式访问服务器的服务，从而提高系统效率。 3 ) 为移动a g e m 迁移提供支持。移动a g e m 的迁移离不开服务器的参与。 移动a g t 的迁移有自主迁移和被动迁移两种类型，但不管哪种类型，其最终 实现实际上是源服务器和目的服务器协作的结果。 4 ) 为移动a g e n t 提供通信支持。移动a g e l l t 必须具有与系统中其他对象通 信的能力。这些通信对象包括移动a g e n t 服务器、其他移动a g e m 以及系统中 的其他对象。移动a g 嘲t 通过服务器提供的底层基础通信设施完成本地通信和 远程通信。 5 ) 为移动a g e n t 提供安全保护和权限管理。移动a g e n t 的安全保护包括对 移动a g e n t 的认证管理、保护移动a g e n t 免遭其他对象的破坏等。权限管理实 际上表明移动a g e n t 的运行是受控的，移动a g e n t 在赋予相应权限的条件下才 能做相应的事情。 6 ) 为移动a g e m 提供的其他服务。 不同的移动a g e i l t 系统其服务器体系结构不尽相同。图2 3 是一般意义上 的移动a g e m 服务器体系结构。 山东大学硕士学位论文 移动a g e n t 运行环境 本地安全迁移通信其他 资源管理支持支持 服务 服务机制机制 操作系统 网络 图2 - 2 移动a g e m 服务器的一般体系结构 2 2 3m s 的产生及其定义 多a g e n t 系统m a s ( m u l t i - a g e n ts y s t e m ) ，是人工智能和分布式计算技术相 结合的产物，合同网协议至今仍被认为是关于通信和姒s 协商研究的经典工作。 我们可以把m a s 理解为是由多个可计算的a g e n t 组成的集合，它是为了解决单 个a g e n t 不能解决的复杂问题，由多个a g e n t 协调合作形成的问题求解网络。由于 系统与环境的复杂性，单个a g e n t 无法独立学习、认知系统任务，必须借助于其 它的a g e n t ，通过相互间的通信、学习、协作，构成一个多层次多群体的协作结构 模式。m a s 的研究方法是模拟人类社会系统的运作机制来提高计算机系统解决复 杂问题的能力。通过多个a g e n t 之间的合作可以克服单个a g e n t 知识的不完全、处 理信息的不确定等缺点。 与单个a g e n t 相比，姒s 具有成员a g e n t 不具备的全局信息和全局问题求解能 力，不存在全局控制，数据分散化和计算过程异步的特点。 目前的多a g e n t 系统可以分为两类：一类由多个a g e n t 合作完成同一个目标： 另一类是相互合作或相互独立的a g e n t 为完成不同的目标而共存于一个系统。在 前一类系统中主要问题在于如何把一个目标分解为若干个子目标，最后又如何合 并不同的子答案。后一类系统有着分布式、异步性特征。 山东大学硕士学位论文 2 2 4 移动 g e n t 的协作模型 移动a g e n t 之间的协作从底层到高层可分为消息传输、会话、协作三个层 次，如图2 3 所示。 图2 3 移动_ g e n t 协作的层次模型 消息传输层依托于底层网络，向上提供移动a g e n t 位置透明的消息传输服 务。会话层提供两个( 或多个) 移动a g e n t 之间的交互会话服务。通常，移动a g e n t 之间使用主体通信语言进行会话。著名的主体通信语言如k q 札和f i p a 提出的 a c l ，以言语行为理论为基础，定义了多种通信动作( c m u n i c a t i v ea c t ) 以 完成移动a g e n t 之间的会话瞄】。协作层支持具有共同目标的移动a g e n t 的协同 工作过程，一般提供对某种协作模型的支持。在相关研究中，主要有四种协作类 型： 1 直接协作 a g e n t 通过对协作伙伴明确命名来启动通信。因为移动a g e n t 应用是动态 的( 通过动态定义a g e n t ) ，a g e n t 无法知道系统中还有哪些a g e n t 在完成此项 工作，因此由于协作伙伴的不确定性，使得通信难以完成。一些基于j a v a 的系 统，如s 啪a t r a 和o d y s s e y ，使用的是此种协作方式。 2 面向会议的协作 交互在a g e n t 相遇的会议点进行，明确或含蓄的相互通信和同步。它的缺 点就是需要强制a g e n t 之间进行严格的同步。因为a g e n t 的进度表和位置不能 事先确定，错过交互的可能性非常大。a r a 中实现了面向会议的协作。 3 基于黑板的协作 通过共享数据空间进行交互，黑板放置在每个停靠站上，a g e n t 用来存取 消息。虽然a g e n t 需要一致的消息标识来通过黑板通信和交换数据，他们在空 间上不分解。许多系统，如a m b i t ，f f 姒i n ，实现了黑板模型的协作。 4 l i n d a 式的协作 山东大学硕士学位论文 基于元组空间概念，通过执行匿名和异步的交互，本质上适合开放的和层 次性的网络模型和迁移实例的性质。元组空间可以应用在间接通信和a g e n t 间 更加紧密地协作上。这种协作模型被用在m a r s 和p a g e s p a c e 。 2 2 5a g e n t 通信语言 c l 移动a g e n t 系统的通信机制包括a g e n t 与移动a g e n t 平台之间的通信以及 a g e n t 与a g e n t 之间的通信。要实现这一过程就必须建立一种适于a g e n t 及服务设 施之间协商的语言或者协议，称之为a g e n t 通信语言 c l 。 a c l 是基于语言一行为理论，定义了a g e n t 及服务设施间协商过程的语法和语 义。移动 g e n t 的a c l 应具有应用的普遍性、简洁一致的语法和语义、通信内容的 独立性、支持良好的互操作性、响应迅速等。目前常用的a c l 有k q m l ( k n o w l e d g e q u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n “a g e ) 和f i p a ( f o u n d a t i o no fi n t e l l i g e n t p h y s i c a la g e n t ) a c l 。 k q m l 知识查询及操作语言是一种层次结构型的语言，被分为三层：内容层、 消息层和通信层。内容层描述a g e n t 传递消息的真正内容。k 伽l 可以携带任何语 言( 包括a s c l l 码和二迸制代码的语言) 表达的内容，使得k q m l 的实现形式与内容 层的含义无关，增强了异构a g e n t 之间的交互性。通信层描述低级的通信参量， 如发送者、接收者和与通信有关的惟一标识符。消息层是k q m l 语言的核心，它的 主要作用是识别传输消息所采用的网络协议，给出发送者对内容的态度和意图， 即行为原语。 k q 儿的语法很简单，是由一些基于数据结构的“表”组成。即由一对圆括号 括起来的表构成。k q m l 中预先定义了一些原语，这些原语并非实现的最小子集， 用户可以根据需要进行扩充。 f i p a _ a c l 是f i p a 协会于1 9 9 7 年提出的一个a g e n t 通信语言标准。它的主要思 想是通过融合语言行为理论、谓词逻辑及公共的本体论，来提供个标准的方法 以理解a g e n t 之间的交流。f i p a 定义的消息由一组进行定义的核心集合产生出来， 它表示一组通信动作，这组通信动作试图平衡定义的一般性、表达能力和简单性， 以及对于a g e n t 开发者的易懂性之间的关系。消息类型定义了被执行的通信动作。 上述两种a g e n t 通信语言都有以下特点：1 与传输协议无关：2 与内容定义语 山东大学硕士学位论文 言无关；3 与a g e n t 内部逻辑无关；4 可有效降低a g e n t 通信复杂度：5 在一定程 度上支持a g e n t 系统的扩展性和互操作性。 2 2 6 移动a g e n t 在工作流管理系统中的应用 移动a g 朗t 特别适合于解决传统方法中的数据处理、控制、专家知识或资源 分布等问题，使大量的数据处理在只须交换少量的高层信息的情况下可在数据源 处进行，从而减少了大量原始数据传送到远处的操作，提高了网络的利用率。因 此，将移动a g e m 技术引入迁移工作流管理系统中，具有以下优点口4 2 6 】： ( 1 ) 移动a g 钮t 具有天然的异构性。分布式网络计算平台往往是异构的，而 移动a g 即t 通常独立于特定的软硬件环境，仅仅依赖于其运行环境，通过a g e n t 运行环境对底层平台的封装，实现了虚拟机层次上的平台无关性，所以移动a 鲫t 是进行无缝系统集成的最佳选择。 ( 2 ) 移动a g e m 具有很强的健壮性和容错能力。移动a g e m 具有对非预期状 态和事件的应变能力，这使得构建健壮和容错性好的分布式系统变得相对容易， 因此它可以检测到网络中的拥塞以及连接失败的节点，并根据检测的结果做出相 应的对策，等待或绕过拥塞或故障节点，避免了数据的丢失和系统崩溃，从而保 证系统的安全性。 ( 3 ) 适用于工作流管理系统的构建。企业的每一个经营过程实例可以由一 个移动a g e n t 来处理，移动a g e n t 按预先定义好的步骤在分布的网络节点上执行， 当a g e n t 迁移时，它携带着过程所需的执行代码与数据，无需每一步都通过中央 数据库服务器来交换数据，从而简化了工作流管理系统的构建。 ( 4 ) 移动a g e n t 有利于并发计算，提高工作流程的执行效率。移动a g e n t 在 进行任务处理时可以动态创建多个a g e n t 并行工作，提高效率并降低作业的响应 时间。多移动a g e n t 拥有在网络主机之间动态合理分布自身的独特能力，能够按 一定规则来维持解决某个特定问题的最优配置，大大提高工作流程的执行效率。 ( 5 ) 可以解决工作流系统中的资源冲突问题。工作流实例在运行过程中， 有可能出现多个并行的活动同时访问共享资源的情况，可能会由于竞争同一资源 而发生冲突，利用移动a g e n t 之间的协商技术可有效解决这个问题。 山东大学硕士学位论文 2 3 小结 介绍了工作流的概念和定义，论述了移动a g e n t 和m a s 的基础知识和研 究现状，为展开迁移工作流的研究奠定了基础。 山东大学硕士学位论文 第3 章迁移工作流系统的概念模型 3 1 迁移工作流系统 工作流完成某种业务过程，业务过程由活动及活动之间的依赖关系组成。 活动间的依赖关系包括数据依赖和控制依赖两种类型。活动包括活动主体、活 动客体( 任务和数据) 、活动规则( 任务执行与协调) 和外部环境( 对活动主体 提供数据和功能服务，即工作流服务) 四部分。外部环境由工作位置提供，活 动之间的依赖关系由迁移工作流引擎保证，而业务过程中的活动被映射为携带 任务说明书和工作位置列表的迁移实例。迁移实例可以在某个工作位置上利用 本地资源执行一项或多项任务，当迁移实例发现当前工作位置不能满足其任务 需求时，迁移实例迁移到下一个能满足其需求的工作位置上继续执行。多个迁 移实例可以并行工作。由此，可以将工作流的全部或部分自动化解释为多个迁 移实例之间的集散式协同工作过程，每个迁移实例都按照迁移工作流管理引擎 的意图有序地执行一个目标相对独立的活动。迁移工作流模型可以明显地改善 传统工作流管理模型的灵活性和分布性，适合于需要传递大量数据和需要大量 调用远程服务的分布式并发工作流过程。 3 1 1 迁移工作流的定义 定义3 1 1 迁移工作流 迁移工作流m w f 是一个四元组( 晰d ，m r ，w p ，m w e n g i i l e ) ，其中，w i d 是迁移工作流标识：m i ： 1 t 1 i l ，觚2 ，m i l l ) 是迁移实例的集合；w p = w p l ， w p 2 ，w p m ) 是h 中所有迁移实例的工作位置集合，、卯在拓扑结构上构成一 个连通网络( 可靠连接或非可靠连接) ；m w e n 季n e = e m i ，e w p 是面向工作流 目标的迁移工作流引擎，其中，e m i 是迁移实例管理引擎，e 。是工作位置管理 引擎。 匕i 在工作流执行期间按照工作流的过程定义对迁移实例进行统一管理，包 括迁移实例的创建、派遣、跟踪、回收、迁移实例的工作控制和多迁移实例协 调等，因此，它不仅掌握所有“m 【的外部特征、工作任务、当前位置和当前 山东大学硕士学位论文 状态( 例如迁移态、执行态、等待态、消亡态等) ，而且控制迁移实例之间的活 动依赖关系；e 。负责全局工作位置空间w p 的管理，并且对每个1 1 1 iem 【实施 容许的工作位置授权和组织，因此，它知道每个工作位置w p w p 的地址和工 作流服务能力( 服务类型、服务方式、服务角色等) 。 3 1 2 迁移工作流系统框架 按照迁移工作流概念模型设计的迁移工作流系统框架可示意为图3 1 。 它由一个迁移工作流管理机和若干个已经建立友好信任关系的局域网互联 组成。迁移工作流管理机执行工作流引擎e n 百n e ，每个局域网都包含一个停靠站 服务器和若干个与其相连的工作机网络。 其中，停靠站服务器是迁移实例的工作位置，它接受迁移实例的迁移查询 和迁移请求，并且在迁移实例到达后为迁移实例提供工作流服务和资源服务。 迁移实例一要求可靠连接 不要求可靠连接 图3 - l 迁移工作流管理系统框架 在获得特殊许可时，停靠站服务器还可以创建和杀死迁移实例。迁移实例所需要 的工作流服务和资源服务由与停靠站服务器连接的各工作机提供，按照分布式对 象原理，提供方式可以区分为复制和引用两种类型。这里采用对象复制结构，其 理由是在局域网环境下，传输速率已经不是瓶颈问题，而复制结构不仅可以减轻 工作机执行迁移实例服务的负担，保证各工作机有能力独立地执行迁移工作流服 务以外的其他工作，而且对迁移实例来说，容易将从停靠站服务器到局域网所有 山东大学硕士学位论文 工作机的连接设置成黑箱，从而阻止不良迁移实例对工作机的干扰和威胁。 迁移实例工作引擎除了负责在当前工作位置上调度和执行任务外，还要负责 自身管理，包括标识当前任务和记录当前任务的状态，记录任务的完成历史和中 间结果，检钡i 当前位置服务需求的可满足性，并根据检测结果在迁移域中进行迁 移查询和迁移选择，自身安全保护等。迁移实例每到一个新位置，都要向迁移工 作流管理引擎报告当前位置和当前状态。 m w e n 霉n e 的体系结构框架可示意为图3 - 2 。 艮需鬻 迁移实例列表 f 当前位置i i 迁移实例回收卜。1 迁移实例创 迁移实例1 l 当前状态l l 迁移实例派遣l j 。一i + 。 迁移实例2 i 当前位置i 迁移实例协调机制r + 1 迁移实例追 i 当前状态i f i _ 啦沿埔 迁移实例n i 悟动依赖关i 共享空间 j 当前位置| 系ij i ：i i 当前状态i 通信代理 k t 洋h 鲨茎 迁移实例l 的迁移位置表 迁移实例1 的迁移位置表 c i 喜= 高勰 _ j 舳r “函翥嚣 迁移实剜1 的迁移位置表 【厂 图3 - 2 迁移工作流引擎的体系结构 e i 的基本功能包括对迁移实例的创建、派遣、跟踪、回收和多迁移实例 协调。工作流执行时，e 。按照工作流的过程定义创建多个迁移实例。当一个新 的迁移实例r n i 创建成功时，e m i 在迁移实例表中为它添加一条记录，用于描述 i i l i 的标识、外部特征、工作任务和工作流服务需求，并且通知追踪设施记录其 当前位置和当前状态，追踪设施开始对其进行监控。迁移实例协调机制根据工 山东大学硕士掌位论文 作流的过程定义和迁移实例之间的活动依赖关系，进行多迁移实例的顺序或并 发派遣控制，迁移实例之间的数据依赖关系通过共享空间实现。迁移实例r n i 完 成任务后可以依据具体情况在工作位置直接杀死，或回到创建地( 称作回收) 将其缓存复用。 各工作位置的服务引擎向e w d 报告本地所能提供的工作流服务类型和服务 能力等信息。e w 口的初始化工作是根据全局工作位