（计算机应用技术专业论文）迁移工作流系统中迁移实例完整性检测研究.pdf

山东大学硕士学位论文 罾曼一il i | 量量皇皇量| 置_ 摘要 工作流技术通过文档、信息或者任务按照一定的过程规则流转将业务流程全 部或者部分自动化，实现组织成员间的协调工作以期达到业务的整体目标，提高 企业生产组织水平和工作效率。在现代企业信息资源异构、分布、松散耦合的环 境下，移动a g e n t 技术的出现为构建工作流系统提供了更好的选择。移动a g e n t 技术具有减少网络负担、异步运行、并行处理等优点，基于移动a g e n t 技术实现 的迁移工作流系统在一定程度上解决了传统工作流系统在性能及应用上的不足， 然而迁移实例的移动性同时也引入了一系列安全问题，传统的工作流安全解决方 案已不能满足迁移工作流系统的安全需求。迁移工作流技术在现代企业组织中具 有良好的应用前景，但安全问题却成为制约其广泛应用主要问题之一。迁移工作 流系统中的安全问题大体上可以分为工作位置安全和迁移实例安全两个方面来 考虑，目前对后者的研究还很少，迁移实例缺乏有效的保护方案，这也是本文的 研究目标。 另一方面，生物免疫系统是一个高度并行、分布、自适应和自组织的系统， 具有很强的学习、识别、记忆和特征提取能力，受到生物免疫机理启发，人们提 出了各种模型和算法来模拟生物免疫系统具有的功能、原理和特点，大量的研究 人员对生物免疫机制进行了建模、算法设计和应用领域研究，并且在理论模型、 算法研究和应用领域均取得了一定的成果，由此发展成为一个全新的智能计算领 域一人工免疫系统。人工免疫系统已经广泛应用到模式识别、故障检测、自动控 制及计算机安全等领域，成为近年来的一个研究热点。 基于以上研究背景，本文将迁移实例安全问题中的完整性检测作为研究对 象，将人工免疫系统的应用领域扩展到迁移工作流系统中。针对迁移实例的执行 特点，对迁移实例安全问题尤其是完整性安全进行分析，通过学习人工免疫系统 理论，借鉴其中否定选择、克隆选择算法的基本思想，为迁移实例构造出个免 疫体来实现迁移实例的完整性检测。论文对免疫体进行了形式化描述，详细介绍 了免疫体各功能模块的构造算法、检测过程及检测器更新机制，对相关参数进行 了分析。最后对迁移实例完整性检测系统进行了代码实现，进行了相关仿真实验。 本文针对迁移实例完整性检测问题进行深入研究后提出了一个可行解决方 案，对其中关键技术进行了探讨，并给出了一个检测系统的有效实现。 山东大学硕士学位论文 关键词：迁移工作流，迁移实例，完整性检测，人工免疫，疫苗基因； i i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t b yt r a n s f e r r i n gd o c u m e n t s ，i n f o r m a t i o no rt a s k sa c c o r d i n gt od e t e r m i n a t er u l e so f t h ep r o c e s s ，w o r k f l o wc a _ r lm a k ea l lo rp a r to ft h eb u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n a sa r e s u l t , w o r k f l o wc a l la c h i e v et h eo v e r a l lo b je c t i v e so fb u s i n e s sb yh a r m o n i o u sw o r k s a m o n gm e m b e r so fo r g a n i z a t i o n s ，a n dw o r k f l o wc 锄a l s oi m p r o v et h ep r o d u c t i o n l e v e lo fo r g a n i z a t i o na n de f f i c i e n c y i nt h eh e t e r o g e n e o u s ，d i s t r i b u t e d , l o o s e d - c o u p l e d e n v i r o n m e n to fm o d e me n t e r p r i s ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e s ，t h ee m e r g e n c eo fm o b i l e a g e n tt e c h n o l o g yp r o v i d e sab e n e rc h o i c ef o rc o n s t r u c t i n gw o r k f l o ws y s t e mm o b i l e a g e n tt e c h n o l o g yh a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha sr e d u c i n gt h en e t w o r k1 0 a d , a s y n c h r o n o u so p e r a t i o n , p a r a l l e lp r o c e s s i n g ，e t c s ow o r k f l o ws y s t e mb a s e do n m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yc a l ls o l v et h ed e f i c i e n c i e si np e r f o r m a n c ea n da p p l i c a t i o nt o ac e r t a i ne x t e n t h o w e v e r ，t h e1 1 1 i 伊撕n gf e a t u r eo f m i g r a t i n gi n s t a n c ea l s ob r o u g h ta s e r i e so fs e c u r i t yi s s u e s ，w h i c hc a nn o tb es o l v e db yt r a d i t i o n a ls o l u t i o n so fw o r k f l o w s y s t e ma l t h o u g hm i g r a t i n gw o r k f l o wt e c h n o l o g yt e c h n o l o g yh a v eag o o dp r o s p e c ti n t h em o d e me n t e r p r i s eo r g a n i z a t i o n s ，t h es e c u r i t yp r o b l e mh a sb e c o m eo n eo ft h em a i n o b s t a c l e sr e s t r i c t i n gi t se x t e n s i v ea p p l i c a t i o n t h es e c u r i t yp r o b l e mi ni i l i 掣a ：c i n g w o r k f l o ws y s t e mc a nb ec o n s i d e r e df r o mt w o a s p e c t si nt h em a i n , w h i c ha r ep r o b l e m s o fw o r k p l a c es e c u r i t ya n dp r o b l e m so fm i g r a t i n gi n s t a n c es e c u r i t y r e s e a r c ho nt h e l a t t e ri sr e l a t i v ef e wa tp r e s e n t , a n dp r o t e c t i o nm e c h a n i s mo fm i g r a t i n gi n s t a n c ei s l a c k s e c u r i t ym e c h a n i s mf o rm i g r a t i n gi n s t a n c ei st h er e s e a r c ho b j e c t i v e si nt h i s t h e s i s o nt h eo t h e rh a n d , b i o l o g i c a li m m u n es y s t e mi sah i g h l yp a r a l l e l ，d i s t r i b u t e d , s e l f - a d a p t e d a n d s e l f - o r g a n i z e ds y s t e m , w h i c hh a ss t r o n g a b i l i t i e si n s t u d y , i d e n t i f i c a t i o n ，m e m o r ya n df e a t u r ee x t r a c t i o n i n s p i r e db yt h eb i o l o g i c a li m m u n e m e c h a n i s m , s c h o l a r sp u tf o r w a r dv a r i o u sm o d e l sa n da l g o r i t h m st os i m u l a t et h e f u n c t i o n ，p r i n c i p l e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fb i o l o g i c a li m m u n es y s t e m al a r g en u m b e r o fp e o p l er e s e a r c h ei nm o d e l i n g , a l g o r i t h md e s i g n i n ga n da p p l i c a t i o no nb i o l o g i c a l i m m u n em e c h a n i s m , a n dh a v ea c h i e v e dc e r t a i nr e s u l t s t h i sd e v e l o p e da san e w i n t e l l i g e n tc o m p u t i n g a r t i f i c i a li m m u n es y s t e m a r t i f i c i a li m m u n es y s t e mh a sb e e n 山东大学硕士学位论文 w i d e l ya p p l i e dt op a t t e r nr e c o g n i t i o n ，f a i l u r ed e t e c t i o n ，a u t o c o n t r o la n dc o m p u t e r s e c u r i t y , a n db e c o m eah o t a p o ti nr e c e n ty e a r s b a s e do nt h ea b o v eb a c k g r o u n d , t h i st h e s i st a k ei n t e g r a l i t yd e t e c t i o nf o rt h e r n i 伊a ：t i ：n gi n s t a n c ea sr e s e a r c ho b j e c t , a n de x p a n d st h ea p p l i c a t i o nd o m a i no fa r t i f i c i a l i m m u n es y s t e mt om i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e m i na l l u s i o nt ot h ee x e c u t i n gf e a t u r eo f m i g r a t i n gi n s t a n c e ，t h i st h e s i sa n a l y z e ds e c u r i t yi s s u e se s p e c i a l l yt h ei n t e g r a l i t y s e c u r i t yi s s u e so fm i g r a t i n gi n s t a n c e a f t e rs t u d y i n gt h et h e o r yo fa r t i f i c i a li m m u n e s y s t e m , w ec o n s u l t e dt h eb a s i ci d e ao fn e g a t i v es e l e c t i o na l g o d t h n ：l c l o n a ls e l e c t i o n a l g o r i t h mt oc o n s t r u c t ea ni m m u n ee n t i t yf o rm i g r a t i n gi n s t a n c et od e t e c tt h e i n t e g r a l i t y t h i st h e s i sg a v eaf o r m a ld e s c r i p t i o no ft h i si m m u n ee n t i t ya n dd i s c u s s e d i t ss t r u c t u r e ，d e t e c t i o np r o c e s sa n du p d a t i n gm e c h a n i s mo fd e t e c t o r s a n dw ea l s o a n a l y z e dc o r r e l a t i v ep a r a m e t e r s f i n a l l y , w ei m p l e m e n t e dai n t e g r a l i t yd e t e c t i n g s y s t e mf o rm i g r a t i n gi n s t a n c ea n dc a r r i e do u tr e l e v a n te m u l a t i o n a le x p e r i m e n t a t i o n t h i st h e s i sw e n td e e pi n t ot h ei n t e g r a l i t yd e t e c t i n gp r o b l e mo fm i g r a t i n gi n s t a n c e a n dp u tf o r w a r daf e a s i b l er e s o l v e n t , a n dd i s c u s s e dk e yt e c h n o l o g y f i n a l | y , w e p r o v i d e dae f f e c t i v ei m p l e m e n to f d e t e c t i n gs y s t e m k e y w o r d ：m i g r a t i n gw o r k f l o w ，m i g r a t i n gi n s t a n c e ，i n t e g r i t yd e t e c t i o n ，a r t i f i c i a l i m m u n o l o g y ，v a c c i n eg e n e 原创性声明和关于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：聋垒吲 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) 论文作者签名辑导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景和现状 第一章引言 随着信息技术的发展和日趋激烈的商业竞争，人们不再满足于独立、零散的 办公自动化和计算机应用，而是需要综合的、集成化的解决方案。此外信息产业 虽然有了巨大的发展，但是企业单位的管理水平、整体效益并未获得较大的提高。 企业组织普遍面临着如何提高效率、提高管理水平、提高企业的商务处理能力以 及如何实现业务过程的自动化等人们普遍关注的问题。工作流管理系统 ( w o r k f l o w m a n a g e m c n t s y s t e m , w f m s ) 的出现为解决解决这些问题的提供了一 个可行方案。 从概念上讲，工作流就是业务过程的全部或部分计算机化或自动化，通过文 档、信息或者任务按照一定的过程规则流转将业务流程全部或者部分自动化，实 现组织成员间的协调工作以期达到业务的整体目标【1 1 。它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，通过将工作活动分解定义良好的任务、角色、 规则和过程来进行执行和监控，达到提高生产组织水平和工作效率的目的。 工作流管理系统即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 f m s ，是定义、 创建、执行工作流的系统。通过采用工作流技术，实现了整个业务活动的自动化 半自动化完成，从而改进和优化业务流程，提高业务工作效率，实现更好的业 务过程控制，提高业务流程的柔性。 在现代企业信息资源异构、分布、松散耦合的环境下，传统的单引擎工作流 管理系统必然向分布式方向发展。现有的分布式技术一般来说都是基于远程过程 调用r p c 的。r p c 虽然减轻了网络编程的困难，使得系统对用户来说更加透明， 但网络间信息的大量交换却需要占用大量的网络资源，限制了工作流管理系统的 可靠性与可扩展性，使得分布式工作流管理系统很难走向成熟。 移动a g e n t 技术可以看作是r p c 概念的扩展，它以代码在网络间的移动来实 现远程平台间的交互。移动a g e n t 是网络中为某一用户工作的一段智能体，根据 用户的需求可自主地在网络节点间进行迁移并在迁移的过程中搜集和处理信息。 因此，与简单的过程调用相比，移动a g e n t 具有更强的自治性。它很好地解决了 山东大学硕士学位论文 网络通信的瓶颈问题，增加了任务处理的并行程度，增强了系统的灵活性、可扩 充性及容错能力，具有降低分布式计算的网络负载，跨平台计算能力，感知网络 状态和软件资源，自治决策能力等优点。 通过引入移动a g e n t 技术，c i c h o c k i 掣2 】提出迁移工作流系统概念。基于移 动a g e n t 技术实现的工作流系统可以在一定的程度上解决传统工作流系统在性 能及应用上的不足。 文献【3 】给出了一种基于移动计算范型的迁移工作流管理系统框架，该框架 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。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，从而可以大大提高工作流系统适应动态环境的灵 活性。 然而，迁移实例的可移动性在给系统带来灵活性的同时，也增加了系统运行 的风险。由于迁移实例迁出与迁入的主机往往是两种不同的系统实体，因此它的 迁移也为自身和工作位置主机带来了相应的安全问题。迁移工作流系统结合了传 统工作流管理系统和移动a g e n t 技术的特点，因而在该系统中既存在着传统工作 流管理系统中的安全问题也存在着移动a g e n t 系统中的安全问题。同时，由于其 应用的特殊性，安全需求又与这两类系统有所区别。 在传统工作流管理系统中，比较突出的安全问题有认证、授权、访问控制、 审计、数据保密性、数据完整性、防否认、安全管理等等【4 1 。而移动a g e n t 系统 中的安全问题则较为复杂，一般来说可分为三方面：移动a g e n t 之间通信的安全 保护、保护主机免受潜在的恶意a g e n t 的损害、保护移动a g e m 免受潜在的恶意 主机和环境的攻击【5 1 。 迁移工作流是在工作流基础上引入移动a g e n t 技术，传统的工作流安全解决 方案显然不能满足迁移工作流系统的安全需求。同时迁移工作流系统安全问题与 移动a g e n t 系统安全问题虽然类似，但是两者又有不同之处：移动a g e n t 系统主 要应用于开放网络环境中，工作主机间的信任关系难以确定，而迁移工作流管理 2 山东大学硕士学位论文 系统和传统工作流管理系统一样，工作于一个具有信任合约关系的特定环境 6 1 。 因此可将迁移工作流系统的安全问题归纳为两个方面： ( 1 ) 工作位置安全问题，即工作位置可能遭受恶意迁移实例的攻击。主要是 防范那些恶意迁移实例对工作位置的攻击，例如伪装、对服务资源的未授权访问 或者消耗过多服务资源、窃取或者篡改工作位置内部数据、甚至传播病毒，破坏 整个主机系统等， ( 2 ) 迁移实例安全问题，即恶意第三方对迁移实例的安全威胁。如同其他在 网络中活动的a g e m 主体一样，迁移实例无论是在迁移过程中还是在异地工作位 置上的执行过程中都存在着代码、数据及状态被窃取或篡改的安全威胁。 迁移工作流是工作流技术与移动a g e n t 技术相结合的一种新的工作流管理技 术，在现代企业组织中具有良好的应用前景，安全问题却成为制约其广泛应用主 要问题之一。本文在文献 7 】的研究基础上，主要针对迁移实例的完整性安全进 行了研究。基于人工免疫原理为迁移实例构造了一个由自我集合、检测器集合、 r - 连续位匹配函数和疫苗基因集合组成的免疫体，以实现对迁移实例完整性的检 测具体实现了一个迁移实例完整性检测系统，并进行了仿真试验。 1 2 本文的工作和创新 1 2 1 本文的主要工作 本文的主要研究工作在于迁移工作流系统中迁移实例的完整性检测设计与 实现。本文所做的工作主要有以下方面： ( 1 ) 在掌握迁移工作流系统背景下，针对迁移实例的执行特点，对迁移实 例安全问题尤其是完整性安全进行分析。 ( 2 ) 通过学习人工免疫系统理论引，借鉴其中否定选择 9 1 、克隆选择算法的 基本思想，为迁移实例构造出一个免疫体来检测迁移实例的完整性。 ( 3 ) 构造并且实现了一个迁移实例完整性检测系统模型，进行了一系列仿 真实验。 3 山东大学硕士学位论文 1 2 2 本文的创新点 在上述所说的工作中主要创新点有： ( 1 ) 相对于文献【7 】中的研究结果，本文中的构造的免疫体设计了一类新的 免疫体结构，不再区分代码和数据。 ( 2 ) 本文中的检测器生成算法中使用了疫苗信息，即从记忆检测器中提取 的疫苗基因串。 ( 3 ) 针对本文提出的免疫体结构，给出了相应的自我元素和检测器生成算 法，讨论了完整性检测过程和检测器更新机制，分析了免疫体参数取值变化对免 疫体产生的影响。 ( 4 ) 具体实现了一个迁移实例完整性检测系统，并通过模拟实验，验证了 免疫体的有效性。 1 3 本文的组织和结构 本论文的章节组织如下： 第一章，引言，介绍迁移工作流管理系统的研究背景、现状及其中迁移实例 所引起的安全问题，本文的工作和创新以及本文的组织结构。 第二章，迁移工作流管理系统，介绍工作流管理技术和移动a g e n t 技术，详 细描述基于二者提出的迁移工作流系统的概念模型和系统框架，最后对迁移工作 流系统中安全问题进行讨论。 第三章，人工免疫系统概述，简介生物免疫系统相关概念后，对人工免疫系 统的定义、研究内容和工程应用详细说明，最后介绍两种免疫算法。 第四章，人工免疫在迁移实例完整性检测中的应用，详细介绍基于人工免疫 为迁移实例构造的免疫体的定义、构造算法、检测过程及检测器更新机制，并进 行了参数分析。 第五章，迁移实例完整性检测系统实现及仿真试验，具体实现迁移实例完整 性检测系统的功能，并通过实验验证其有效性、参数设置对免疫体的影响。 第六章，总结，对全文工作进行总结，分析当前的不足并提出下一步工作内 容。 4 山东大学硕士学位论文 鼍| 量一i一i i 第二章迁移工作流管理系统 2 1 工作流管理技术 2 1 1 工作流技术应用背景 企业的经营过程是由一系列相关的任务组成的；这些任务按照企业的管理规 章与业务流程串行或并行的执行，最终完成企业的经营目标。自从进入工业化时 代以来，有关过程的组织管理与流程的优化工作就一直在进行，它是企业管理的 主要研究内容之一。只不过在没有引入计算机信息系统的支持以前，这些工作是 由人工来完成的。随着市场经济的发展，市场竞争的日益激烈，企业要求其业务 过程能够进行快速重组；业务过程的不断变化也相应要求信息系统能够快速重 组。这样，单靠人工对企业过程进行重组和传统的面向功能的信息化计算机系统 已经不能适应现代企业的发展。因此，企业希望有一种能够实现企业快速业务流 程重组和业务过程自动化的软件系统。在计算机网络技术和分布式数据库技术迅 速发展、多机协同工作技术日臻成熟的基础上于2 0 世纪8 0 年代中期开始提出了 工作流的概念。工作流技术的提出与发展为企业更好的实现这些经营目标提供了 先进的手段。 随着经营业务的展开企业的物理位置逐渐分散、部门间的协作日益频繁；决 策过程的分散性也日益明显，对日常业务活动详细信息的需求也日益提高。因此， 企业又要求信息系统必须具有分布性、异构性、自治性。在这种大规模的分布式 应用环境下高效地运转相关的任务，并且对执行的任务进行密切监控已成为一种 发展趋势。在这种技术背景下，工作流管理系统也有最初的创建无纸化办公环境， 转而成为同化企业复杂信息环境、实现业务流程自动化的必要工具。这样的一个 转变，把工作流技术带入了一个崭新的发展阶段，使得人们从更深的层次、更广 的领域上对工作流展开了研究。 1 9 9 3 年工作流技术的标准化组织工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n 简称：w 伽c ) 的成立标志着工作流技术在计算机应用领域之中被明确 的划分出了自己的一席之地，相应的概念与术语也得到了人们的承认。 山东大学硕士学位论文 2 1 2 工作流定义及研究内容 工作流的英文全称是：w o r k f l o w ，简单理解则是业务流程的计算机化或自动 化。它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，通过将工作活 动分解定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和监控，达到提高生产组 织水平和工作效率的目的。十几年来，不同的研究者和产品供应商从不同的角度 给出了工作流的定义，这些定义虽然表述方式略有不同，但是基本上都说明了这 样一个问题，即工作流是业务过程的一个计算机实现。可以说工作流是一种反映 业务流程的计算机化的模型，它是为了在先进计算机环境支持下实现经营过程集 成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务系统。工作流管理 联盟给出的工作流定义【1 】是： 定义2 1 工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，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、执行。 在工作流理论与实施技术方面，研究的主要内容可以归纳为三个方面：第一 方面是工作流的理论基础，包括工作流管理系统的体系、模型与定义语言( 工作 流的建模方法、工作流模型的形式化表示、工作流定义语言) 等的研究。这一部 分是工作目前相对来说比较薄弱，还有许多问题需要进一步研究。第二方面是工 作流的实现技术，包括工作流的事务特性、各种先进软件技术的应用、工作流仿 真。这方面研究工作的目标是提高工作流管理系统的性能，尤其是提高工作流管 理系统可靠性及其在处理大规模复杂的且具有并行业务的流程方面的能力。第三 方面是工作流技术的应用，包括工作流实施技术在不同应用领域的应用( 如在企 业经营过程重组、并行过程、敏捷制造) 方法、应用软件集成等。 2 1 3 工作流管理系统 工作流管理联盟给出的关于工作流管理系统的定义是： 定义2 2 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。 工作流管理系统是定义、创建、执行工作流的系统。通过对业务、公文流转 过程的分析以及抽象，工作流管理系统围绕业务交互逻辑、业务处理逻辑以及参 与者三个问题进行解决，业务交互逻辑对应的为业务的流转过程，在工作流管理 6 山东大学硕士学位论文 量曹量目| 量皇置舅_ m _ 一 i i im 皇置_ 系统中对应的提出了工作流引擎、工作流设计器、流程操作来解决业务交互逻辑 的问题，业务处理逻辑对应业务流转过程中的表单、文档等的处理，在工作流管 理系统中对应的提出了表单设计器、与表单的集成来解决业务处理逻辑的问题， 参与者对应到的为流转过程中环节对应的人或程序，在工作流管理系统中通过与 应用程序的集成来解决参与者的问题。 根据所实现的业务过程，工作流管理系统可分为四类 1 ) 管理型工作流( a d m i n i s t r a t i v ew o r k f l o w ) ：在这类工作流中活动可以预定 义并且有一套简单的任务协调规则，例如，大学里的课程选修，完成论文后的学 位申请等。 2 ) 设定型工作流( a dh o cw o r k f l o w ) ：与管理型工作流相似，但一般用来处 理异常或发生机会比较小的情况，有时甚至是只出现一次的情况，这与参与的用 户有关。 3 ) 协作型工作流( c o l l a b o r a t i v ew o r k f l o w ) ：参与者和协作的次数较多。在 一个步骤上可能反复发生几次直到得到某种结果，甚至可能返回到前一阶段。 4 ) 生产型工作流( p r o d u c t i o nw o r k f l o w ) ：实现重要的业务过程的工作流， 特别是与业务组织的功能直接相关的工作流。与管理型工作流相比，生产型工作 流一般应用在大规模、复杂的和异构的环境下，整个过程会涉及许多人员和不同 的组织。 工作流管理系统为方便业务交互逻辑、业务处理逻辑以及参与者的修改，多 数通过提供可视化的流程设计器以及表单设计器来实现，为实现工作流管理系统 的扩展性，多数提供了一系列的a p i 。恻s 应能提供以下三个方面的功能支持： 工作流定义功能：对工作流过程及其组成活动定义和建模； 运行控制功能：在运行环境中管理工作流过程，对工作流过程中的活动进行调度； 运行交互功能：指在工作流运行中，w f m s 与用户( 业务工作的参与者或控制 者) 及外部应用程序工具交互的功能。 2 1 4 工作流管理技术的现状与发展趋势 根据工作流管理的发展历程可以看出，工作流管理的概念早在八十年代初就 已提出，但是由于当时计算机技术发展的限制，直来能得到充分发展直到最近 7 山东大学硕士学位论文 几年，随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，以及伴随着市场竞争的加剧，企业 对提高生产质量、缩短生产周期等的强烈要求，使得工作流管理成为企业界和研 究领域的热门话题。而b p r 和c p i 更是促进了工作流的发展在世界各地涌现出许 多有关工作流研究的公司和组织，而功能各异的工作流管理产品更是多以百计工 作流管理不仅可以广泛应用在银行、保险、法律以及行政机关等办公自动化领域， 而且也同样适用于软件开发过程管理以及工业界和制造领域。 虽然工作流技术已经由最初的萌芽逐步发展起来并取得了相当的成果，但是 从工作流系统的实际应用状况来看，还远未达到人们所期待的普及状态，在经营 过程中采用工作流管理系统的企业仍只是一少部分，而且这些系统的应用范围也 很有限，并不能全方位地支持企业的关键业务流程，这也说明了当前工作流技术 的研究中存在着一系列的问题，比如1 0 1 1 1 ： ( 1 ) 工作流的运行必须要有底层的通信基础结构的支持，但是就目前能够实现 分布计算环境的产品来看，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。 ( 2 ) 缺乏标准。不同的厂商所提供的工作流产品可能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，不同的系统之间缺乏互操作的接 口，尽管工作流管理联盟的成立有助于改善这种情况，但若想实现类似于 关系型数据库这样的统一标准( 比如关系数据模型s q l 语言等) 仍有很长 的路要走。 ( 3 ) 实现的复杂性。工作流应用的开发不仅仅是过程的定义，还需要完成其他 许多任务比如，对外部的应用系统进行封装、作流机运行所必须的分布计 算环境、计开发相应的用户界面等等，目前的工作流产品，几乎不能为这 些任务提供什么有力的帮助，所有的工作流应用都需要工作流产品供应商 与应用开发人员进行很长时间的合作才能最终完成。另外，工作流系统的 实施给企业带来的不仅仅是技术上的变化，同时也会对企业原有的管理制 度造成一定的影响，这也是对企业的一种冲击。 ( 4 ) 工作流技术本身的不成熟性，主要表现在：在工作流的模型描述方面，缺 乏一种支持过程定义、过程演进以及过程分析的形式化的数学模型；在 工作流的执行方面”缺乏一个标准化的集成框架来支持对企业常用的分布 山东大学硕士学位论文 式应用的集成；在工作流的仿真评价方面尚处于一种几近空白的状态； 这些问题是工作流管理系统当前阶段需要解决的也是阻碍其进一步应用所 需面对的。在现代企业信息资源异构、分布、松散耦合等特点要求下，传统的单 引擎工作流管理系统已无法满足管理需求，因此也必然向分布式方向发展。现有 的分布式技术一般都基于c l i e n t s e r v e r 体系结构。分布式工作流管理系统，不论 是c s 结构，还是b s 结构，由于都需要多个机构内工作流引擎的协作才能运行， 因此必须解决机构间异构引擎互连问题，以实现异构工作流引擎的交互、协作。 异构引擎的互连，一般来说都是采用远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l s ， r p c ) ，r p c 虽然减轻了网络编程的困难，使得系统对用户来说更加透明，但却 需要占用大量的网络资源，在目前恶劣的网络环境下，限制了工作流管理系统的 可靠性与可扩展性，使得分布式工作流管理系统很难走向成熟。而移动a g e n t 技术具有许多优点，比如在一定条件下能够减少网络流量、适合于移动用户、有 利于数据集成、具有并行机制等，有效地弥补了i 心c 机制的不足，节省了网络 资源并增加了工作流管理系统的容错性、可靠性，为实现异构工作流引擎互连提 供了一个可行的技术解决方法。 2 2 移动a g e n t 技术 a g e n t 是人工智能和计算机软件领域的一种新兴的技术，它是指模拟人类行 为与关系、具有一定智能并能够自主运行和提供相应服务的程序。让程序在网络 中移动且执行，并完成某些功能，以解决网络低带宽、高延迟等缺陷，这就是移动 a g e n t i l e a g 锄t ) 的思想。 2 2 1 移动a g e n t 的概念及特点 1 9 9 4 年，g e n e r a l m a g i c 公司在推出商业系统t e l e s c r i p t 时提出了移动a g e n t 的 概念。简单的说，移动a g e n t 就是一独立的计算机程序，它可自主地在异构的网 络上，按照一定的规程移动，寻找合适的计算资源、信息资源或软件资源，利用 与这些资源处于同一主机或网络的优势，就近处理或作用这些资源，代表用户完 成特定的任务。移动a g e n t 不同于远程执行，它能够不断地从一个网络位置移动 到另一个位置，能够根据自己的选择进行移动。移动a g e n t 不同于进程迁移，一 9 山东大学硕士学位论文 般来说进程迁移系统不允许进程选择什么时候和迁移到哪里；而移动a g e n t 带有 状态，可以根据应用的需要移动。移动a g e n t 不同于a p p l e t , a p p l c t 只能从服务 器向客户单方向移动，而移动a g 肌t 可以在客户和服务器之间双向移动。移动 a g e n t 不同于传统的r p c 客户和服务器间的交互需要连续的网络通信支持，移动 a g e n t 可以迁移到服务器上，与之进行本地高速通信，使得此a g e n t 较少依赖网 络传输这一中间环节而直接面对要访问的服务器资源，从而避免了大量数据的网 络传输，降低了系统对网络带宽的依赖。 移动a g e n t 是a g e n t 技术和分布式计算技术结合的产物，具有以下几个特点： ( 1 ) 移动性：在异构的网络中移动，移动a g e n t 能够在任一节点上暂停任务的执行， 从一个信息节点或一种环境迁移到另一个信息节点或环境，然后在目的节点上恢 复任务的执行。 ( 2 ) 自治性：移动a g e n t 是可以独立运行的程序实体，能够根据自身所处的环境、 系统状态、自身状态和知识等完成特定的功能。能够按照自己的意愿完成特定任 务而不需要用户的过多干预。 ( 3 ) 协作性：为了完成复杂的任务，多个a g e n t 可以相互协作，彼此之间采用消息进 行信息传递和交互，这种特性使它能够更好地支持分布式应用。 ( 4 ) 适应性：移动a g e n t 具有利用获得的关于环境的信息，调整修改自身行为的能 力。这些行为是通过事先定义好的触发规则来实现，移动a g e n t 在运行过程中可 以不断增加自身的知识 库，扩充自己的行为能力。 ( 5 ) 平台无关性：移动a g e n t 采用与平台无关的语言，这样的程序可以跨平台运行。 同时在移动a g e n t 体系中建立与移动a g e n t 相配套的平台无关的通信协议，通过 协议，移动a g e n t 之 间利用虚拟机提供相应的消息服务，开发异构平台上的应用系统。 移动a g e n t ( m o b i l e a g e n t ) 是代码、数据和执行环境的封装，它可以在执行过程 中在计算机网络中自治、有目的地迁移，并且能影响外部事件，在迁移过程中能保 持其状态的一致性。移动a g e n t 技术是分布式技术与a g e n t 技术相结合的产物， 它除了具有智能a g e n t 的最基本特性反应性、自治性、导向目标性和针对环 境性外，还具有移动性。 1 0 山东大学硕士学位论文 2 2 2 移动a g e n t 的优点及应用 移动a g e n t 的特点就是它的优点，通过移动a g e n t 技术给分布式系统的设计、 实现和维护都带来了新的活力，它有着许多传统分布式系统无法比拟的优势1 2 】： ( 1 ) 移动a g e n t 能减少网络负担、延时 分布式系统通常依赖不同的协议来协调以完成工作，这无形中增加了网络的 负担。此外，传输大量未经处理的数据到客户端也是很大的负担。采用移动a g e n t 后，将计算迁移到数据端，而非将数据传输到客户端计算，不但可减少网络的负担， 也因为移动a g e n t 就近执行可减少网络的延迟。因此，在要求实时( r e a l - t i m e ) 的应 用上，移动a g e n t 是相当合适的。 ( 2 ) 移动a g e n t 能以异步的方式自主运行 移动a g e n t 可以将要完成的任务封装到其中，并通过网络将其派遣出去，然后 就可以暂时断开源主机与目标主机之间的连接。此后，移动a g e n t 就独立于生成 它的进程，并可异步自主操作了。源主机可以在随后适当的时候再与目标主机连 接并接收计算结果。这对今后移动设备或移动用户来说尤其有用，因为目前移动 设备上的计算皆依赖于昂贵而脆弱的网络连接，它要求在移动设备和固定网络之 间建立持续的连接，这种要求无论从经济角度和技术角度来讲都是不十分理想 的。 ( 3 ) 移动a g e n t 具有较强的应变能力 移动a g e n t 能够感知其运行环境，并对环境变化作出适当的反应，它可以根据 服务器和网络的负载动态决定移动目标，有利于负载均衡。此外，移动a g e n t 的智 能路由还减少了用户在浏览或搜寻时所做的判断。 ( 4 ) 移动a g e n t 有利于并行处理 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。 ( 5 ) 移动a g e n t 具有异构性 分布式网络计算平台往往是异构的，而移动a g e n t 通常独立于特定的软硬件 环境，仅仅依赖于其运行环境，所以移动a g e n t 是进行无缝系统集成的最优条件。 正是由于移动a g e n t 技术具有如此众多的优势，也使得这一新型技术尽管提 山东大学硕士学位论文 出和发展的时间较短，却越来越被更多的研究。特别是跨平台语言j a v a 的出现 使得移动a g e n t 技术的研究有了较大的进展，并且已研制成功了一些应用系统。 如d a r t m o u t h 学院的a g e n t t c l 系统、东芝公司的p l a n l g e n t 系统和m