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中山大学硕士论文基于服务的下作流系统架构的研究 论文题目 专业 硕士生 指导教师 基于服务的工作流系统架构的研究 计算机软件与理论 雷金繁 余阳副教授 摘要 在过去二十多年的发展历程中，以解决组织内部协同工作为目的的传统工作 流技术取得了巨大的成就。但在面对日益走向分布、动态和异构的新型应用环境 时，以w f m c 规范为代表的传统工作流技术的发展遇到了极大的挑战，其市场正在 逐渐萎缩。基于服务的工作流是工作流、w e b 服务、网格等多种技术分支交叉结 合而来的一种新兴技术。它是在新型应用环境中支持人工协作和应用集成的基础 平台性技术，顺应了社会实践的新要求，具有广阔的应用前景。对基于服务的工 作流系统架构的研究是进行基于服务的工作流技术研究的基础和关键，可以为相 关平台产品的研发提供核心技术，促进工作流技术领域内相关问题的研究，促进 我国在相关应用领域的技术创新。 本文以w f m c 工作流技术和服务组合技术为基础，通过总结分析当前产业界和 学术界的相关研究成果，对基于服务的工作流系统架构进行了研究。基于w f m c 工作流参考模型提出了一个基于服务的工作流系统架构。在此基础上，对基于服 务的人工协作方案及其相应的外部应用调用方案进行了深入的研究，采用在服务 组合平台上外挂组件的方式详细设计了人工工作流服务，从而实现对人工协作机 制的支持。人工工作流服务以状态机机制来管理人工任务，并对外提供相关必要 的应用编程接口。最后，本文介绍了基于本文所提出的系统架构实现的服务工作 流系统在分布式突发公共卫生事件信息调查系统中的应用。 本文提出的架构方案的最大特点即是在不扩充b p e l 语言规范和不扩展现有 服务组合平台的前提下实现对人工协作机制的支持以及对外部应用支持具有很 好的灵活性和可扩展性。基于本文提出的架构方案开发的服务工作流系统具有可 适应于动态、异构、分布的应用环境，可同时提供本地操作接口和服务化的操作 接口及支持动态任务分配、虚拟组织等优点。 关键词：基于服务的工作流；人工工作流服务；b p e l ；人工协作；外部应用调用； l i i 中山大学硕士论文基于服务的t 作流系统架构的研究 t i t i e ： m a j o r ： n a m e - s u p e r v i s o r ： r e s e a r c ho nw o r k f l o ws y s t e ma r c h i t e c t u r eb a s e do ns e r v i c e c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y l e ij i n f a n y uy a n g ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) a b s t r a c t i nt h ep a s t2 0y e a r so fd e v e l o p m e n th i s t o r y , t r a d i t i o n a lw o r k f l o wt e c h n o l o g yw h i c h d e v e l o p e df o rc o o p e r a t i o nw i t h i no r g a n i z a t i o nh a sm a d et r e m e n d o u sa c h i e v e m e n t s b u tf a c ew i t ht h eg r o w i n gt r e n dd i s t r i b u t i o n ，d y n a m i ca n dh e t e r o g e n e o u sn e w a p p l i c a t i o n se n v i r o n m e n t ，d e v e l o p m e n to ft r a d i t i o n a lw o r k f l o wt e c h n o l o g y , w f m c s p e c i f i c a t i o nf o rt h er e p r e s e n t a t i v e s ，h a se n c o u n t e r e dg r e a tc h a l l e n g e s ，a n dt h em a r k e t i sg r a d u a l l ys h r i n k i n g s e r v i c e sb a s e dw o r k f l o wt e c h n o l o g yi san e wa n de m e 唱i n g t e c h n o l o g y i nt h ef i e l do fi t t e c h n o l o g yw h i c hc o m b i n i n g f o r mv a r i e t yo f t e c h n o l o g i e sb r a n c hs u c ha sw o r k f l o w , w e bs e r v i c e sa n dg r i d i t i sap l a t f o r m t e c h n o l o g ys u p p o r t i n gh u m a nc o l l a b o r a t i o na n da p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o ni i lt h en e w r e q u i r e m e n t so fs o c i a lp r a c t i c ea n dh a sb r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s r e s e a r c ho f s e r v i c e sb a s e dw o r k f l o ws y s t e ma r c h i t e c t u r ei st h ef o u n d a t i o na n dk e yo fr e s e a r c ho f s e r v i c e sb a s e dw o r k f l o w t e c h n o l o g y i t c a n p r o v i d e c o r e t e c h n o l o g i e s f o r d e v e l o p m e n tr e l a t e dp l a t f o r mp r o d u c t sa n dp r o m o t er e s e a r c ho fr e l a t e di s s u e sw i t h i n t h ef i e l do fw o r k f l o wt e c h n o l o g y i ta l s op r o m o t e sc h i n e s et e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n a tt h ei n t e r n a t i o n a lf o r e f r o n ti nr e l a t e da p p l i c a t i o nf i e l d b a s e do nt h ew o r k f l o wt e c h n o l o g yo fw f m ca n ds e r v i c e sc o m p o s i t i o nt e c h n o l o g y , t h i sp a p e rs t u d i e ss e r v i c e b a s e dw o r k f l o ws y s t e ma r c h i t e c t u r et h r o u g hs u m m a r i z i n g a n da n a l y z i n gt h ec u r r e n ti n d u s t r ya n dt h ea c a d e m i cr e s e a r c hr e s u l t s b a s e do nw f m c w o r k f l o wr e f e r e n c e ，i tp r o p o s e das e r v i c eb a s e dw o r k f l o ws y s t e ma r c h i t e c t u r e a n d o nt h i sb a s i s ，i td e e p l yd i s c u s s e do nh u m a nc o l l a b o r a t i o np r o j e c ta n di t se x t e r n a l a p p l i c a t i o ni n v o k e dp r o j e c ta n dd e s i g n e dac o m p o n e n tn a m e dh u m a nw o r k f l o w s e r v i c eb ya d d i n gc o m p o n e n tb a s e do ns e r v i c ec o m p o s i t i o np l a t f o r m ，t o s u p p o r t i v 中山大学硕士论文 基于服务的工作流系统架构的研究 s e r v i c eb a s e dh u m a nc o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m h u m a nw o r k f l o ws e r v i c em a n a g e d h u m a nt a s kv i as t a t em a c h i n em e c h a n i s ma n dp r o v i d e dt h en e c e s s a r yr e l a t e d w o r k f l o wa p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e f i n a l l y , i ti n t r o d u c e d “d i s t r i b u t e d i n f o r m a t i o ns u r v e ys y s t e m sf o re m e r g e n c i e so fp u b l i ch e a l t h ”，a na p p l i c a t i o no f s e r v i c e sw o r k f l o ws y s t e md e v e l o p e db a s e do nt h es y s t e ma r c h i t e c t u r ep r e s e n t e di n t h i sp a p e r t h em o s tp r o m i n e n tc h a r a c t e r i s t i co ft h ea r c h i t e c t u r ep r o j e c tp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r i ss u p p o r t i n gh u m a nc o l l a b o r a t i o nm e c h a n i s mo nt h ec o n d i t i o nt h a ti sd o e s n tn e e dt o e x t e n db p e ll a n g u a g es p e c i f i c a t i o na n de x p a n de x i s t e ds e r v i c e s c o m p o s i t i o n p l a t f o r ma n dt h ef l e x i b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yo fs u p p o r t i n ge x t e r n a la p p l i c a t i o n s e r v i c e w o r k f l o ws y s t e md e v e l o p e db a s e do na r c h i t e c t u r ep r o j e c tp r e s e n t e di nt h i sp a p e rh a s m a n ya d v a n t a g e s ，s u c h a s a d a p t i n gt od y n a m i c ，h e t e r o g e n e o u sa n dd i s t r i b u t e d a p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ，p r o v i d i n gl o c a lo p e r a t i o ni n t e r f a c e sa n ds e r v i c e si n t e r f a c e s ， a n ds u p p o r t i n gd y n a m i ct a s ka l l o c a t i o na n dv i r t u a lo r g a n i z a t i o n k e y w o r d s ：s e r v i c e - b a s e dw o r k f l o w ；h u m a nw o r k f l o ws e r v i c e ；b p e l ；h u m a n c o l l a b o r a t i o n ；e x t e r n a la p p l i c a t i o ni n v o k e d ； v 巾山大学硕士论文基丁服务的 ：作流系统架构的研究 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 工作所取得的成果。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作品成果。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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：智媸 日期：力p 年 r 月7 日 巾山大学硕士论文 基t - j j 艮务的 ：作流系统架构的研究 使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名帮趟翩签名：余 日期：锣妒七月7 日日期滞，月矿日 1 1 中山大学硕士论文 基于服务的工作流系统架构的研究 1 1 研究背景 第一章引言弟一早，i 百 工作流是指整个或部分业务过程在计算机支持下的全自动或半自动化【1 1 。经 过二十多年的发展，以解决组织内部或企业内部协同工作为目的的传统工作流技 术已经取得了巨大的成就。但是面对日益走向分布、异构、动态的应用环境，传 统工作流技术遇到了巨大的挑战，传统工作流产品的市场正在逐渐萎缩。与此同 时，随着服务技术的迅速发展和成熟，服务组合在全自动的业务流程领域取得令 人瞩目的成绩，其中最突出的是b p e l 【2 _ 1f b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t el a n g u a g e ) 。 自推出起，b p e l 受到了越来越多人的欢迎，成为服务组合领域的事实标准。以 服务组合为基础的新型业务流程技术对新型应用环境的适应以及产业界的巨大 推动力使其成为当前业务流程领域的主流。相反，在传统工作流中通过扩展以支 持服务组合的方案从而使其适应新型应用环境的方案不能摆脱原有结构的局限， 也不可能得到产业界主流的支持。本文所指的新型应用环境是指分布、异构和动 态的应用环境。 。 从形式上看，服务组合技术与传统工作流技术有着许多共同点，但是b p e l 等服务组合技术的产生和发展并不是源于解决传统工作流技术发展过程中所遇 到的问题的。从严格意义上来讲，服务组合不是工作流的全部，它只能反映工作 流中“全自动”的场景。目前的服务组合技术并不提供对人工协作机制的支持，也 即是不支持人工交互。m i c r o s o f t 等将这种不涉及人机协作的业务流程称为s y s t e m w o r k f l o w l 4 1 。对具有工作流技术研究背景的人来说，“支持人工协作 这个定语 似乎有些多余，因为人工协作本身就已经包含在工作流的内含中。但是，很多时 候这却是值得强调的。事实上，m i c r o s o f t 等公司已在使用h u m a nw o r k f l o w l 4 5 】 的概念来表达类似的含义了。但也正是由于缺少对人工协作机制的支持，现有的 服务组合技术在业务流程领域的发展过程中也变得越来越无法满足社会的需求。 因此，服务组合技术的发展也必须寻求新的突破，这已经成为一种必然的趋势。 正如工作流技术领域的权威a a l s t 所指出的那样，服务组合应该从有2 5 年历史 中山大学硕十论文基于服务的工作流系统架构的研究 的工作流技术领域里汲取营养【6 】。 服务组合技术的不断发展为工作流技术在新的应用环境下的发展提供了机 遇和挑战。充分利用服务组合和工作流技术的优点和已有的研究成果，是解决新 型应用环境中所遇到的问题的有效办法。在本文中，我们将这种在新的应用环境 下由工作流技术和服务组合技术相结合而来的技术称为基于服务的工作流技术。 它是以传统工作流技术、w e b 服务技术、网格技术及服务组合技术的发展和结合 为基础的，是指整个或部分业务过程在计算机服务环境支持下的全自动或半自动 化。这里的服务可以是w e b 服务或g r i d 服务。与传统工作流不同，基于服务的 工作流通常使用w e b 服务或g r i d 服务来构建每个业务活动的具体应用，并使用 服务组合技术将每个活动的服务连接起来构成业务过程。基于服务的工作流技术 强调支持业务过程中的某一类特殊的活动。这种活动是由一个特定资质的人与一 个服务交互共同完成的，即涉及人工交互的活动，它对应工作流中“半自动”的 场景。 目前，在服务组合与工作流技术的结合过程中，业界的几大巨头，如o r a c l e 、 i b m 、m i c r o s o f t 等，都己做出了相应的探索。但遗憾的是，目前他们大都各自为 政，缺少统一的标准和规范，各自的相关产品互不兼容，造成了基于服务的工作 流技术发展的混乱局面。总结传统工作流技术发展过程中的经验和教训，为了更 好地促进基于服务的工作流技术的发展和应用，本文将对基于服务的工作流系统 架构进行研究，其中包括对基于服务的人机协作机制和外部应用方案等问题的研 究。本文的研究工作是对广州市科技计划项目分布式突发卫生事件信息调查系 统现有研究的深化和扩展。 1 2 研究目标 本文基于工作流、w e b n 务、网格等技术领域已取得的理论和应用研究，进 行基于服务的工作流系统架构的研究。通过总结分析当前产业界和学术界的相关 研究成果，基于w f m c - v 作流技术规范和服务组合平台技术，提出一个基于服务的 工作流系统架构模型，深入研究基于服务的人工协作机制并提出一个基于服务的 外部应用调用方案，最后基于丌源的服务组合平台实现一个原型系统。 中山大学硕士论文基于服务的工作流系统架构的研究 1 3 研究现状 目前产业界和相关领域内的学者都对基于服务的工作流技术进行了许多相 关的研究。本节将分别从产业动态和学术研究两个方面来分析国内外关于服务组 合与工作流技术的研究应用现状。 首先，产业界的动态反映了社会需求趋势的最直接信号，应用基础的研究者 适时地介入，运用科学理论对前沿技术进行深入的研究和完善，其成果又促进产 业的发展。综合产业界近来的动态，我们可以看到：g a r t n e r 于1 9 9 6 年最早提出了 s o a 的思想【7 】，并预计2 0 0 8 年s o a 将成为占有绝对优势的软件工程实践方法。 1 9 9 9 年w e b h 艮务技术在h p 诞型8 1 ，其标准的成熟和应用普及为广泛实现s o a 架构 提供了基础。2 0 0 2 年i b m 、m i c r o s o f t 等产业巨头联合推b p e l 4 w s 2 1 ，并于次年 被接纳o a s i s 为标准，相关的平台产品纷纷推出，学术界相关研究也随之活跃。 然而，虽然b p e l 受到了极大的欢迎并从语义和应用角度详尽阐述了w e b 服务场景， 但是b p e l 仍然局限于在服务世界退居于夹缝的地位。在具体的企业应用中，b p e l 受限于自身的因素，常常无法满足应用的需求。在许多企业中业务流程需要非服 务化的应用程序或者非系统化的任务的集成，但这将超出b p e l 或者其它任何目前 适用于s o a 的技术的应用范围。同样，不支持人工协作也是造成b p e l 等服务组合 技术未能广泛应用的原因之一。 因此，i b m 等于2 0 0 5 年7 月推出 b p e l 4 p e o p l e 9 】白皮书，尝试使b p e l 业务流 程能够支持人工协作，这为s o a 与工作流技术的结合发出信号。g a r t n e r 也随即预 测“2 0 0 7 年伊始，业务流程管理将成为s o a 实施的驱动者，集b p m 与s o a 于一体 的整合技术在2 0 1 0 年之前可能都有欠成熟之处”【1 0 】。基于服务的工作流技术的研 究正是这种整合过程中需要进一步探索的重要课题。2 0 0 7 年7 月i b m 、o r a c l e 、s a p 、 a c t i v ee n d p o i n t s 等公司以企业规范的形式共同发布t b p e l 4 p e o p l e 1 1 】以规范及 w s h u m a n t a s k 1 2 】规范，并为最终成为o a s i s 标准而不断努力。另一方面，这些公 司虽然在基于服务的人工协作方面已做了相当不错的工作如0 r a c l eb p m 对 w o r k f l o ws e r v i c e s 的支持就是之一，但他们大多都各自为政，缺少统一的标准 和规范。因此效仿w f m cr m 等提出的初衷，在新型应用环境下进行基于服务的工 作流架构模型的研究也成为了必然选择，这将为技术的推广和普及扫清障碍。 其次，在学术研究现状方面，w e b 服务的出现和应用普及也促进了国内外学 中山大学硕士论文基于服务的工作流系统架构的研究 术界对相关问题的深入研究，传统工作流为适应未来应用环境的变化也出现了与 w e b 服务、网格等技术融合的趋势。概括起来，当前学术界相关的研究方向如下： ( 1 ) 在服务组合方面，服务组合的研究者往往将工作流技术作为服务组合 的一种方式，而工作流的研究者也可以基于服务组合的研究成果进行扩展以便研 究基于服务的工作流。在文献 1 3 中，岳昆等将服务组合作为w e b 服务核心支撑 技术，总结当前的主要研究包括：w e b 服务组合执行的自动化，w e b 服务执行的有 序性，服务组合的语义保持。而在2 0 0 5 年4 月和2 0 0 6 年7 月，计算机学报对国内相 关研究成果的集中发表反映了该领域在国内研究的广泛和深入。其中文献 1 4 和文献 1 5 分别研究了基于p i _ 演算和p e t r i 网的组合方法，文献 1 6 研究了不完 全信息下支持q o s 的组合方法，而文献 1 7 和文献 1 8 则分别对业务级的服务组 合方法和特点进行了深入研究。国外方面，s r i v a s t a v a 分析比较了基于语法组合 服务的方法和语义w e b 的方法，并指出其中与a i 相关的问题【1 9 l ；在文献 2 0 中 m il a n o v i c 总结分析了b p e l 、o w l s 、w e bc o m p o n e n t s 、一c a l c u l u s 、p e t r in e t s 、 m o d e lc h e c k i n g f s m 等多种组合模型；在文献 2 1 中，g u 探讨了支持q o s 的多媒 体服务组合方法；在文献 2 2 中，y u 探讨了基于代理解决服务组合q o s 问题的方 法。相关的研究还有很多，其中q o s 是热点的研究课题。目前虽然小粒度的服务 组合已经解决了简单服务组装成复杂服务的问题，而大粒度的服务组合也可以为 业务流程进行建模，但遗憾的是它们对人工协作的支持不够。随着应用需求的不 断发展，b p e l 等服务组合技术也因此而受到了越来越多的批评。 ( 2 ) 在基于服务的工作流研究方面，网格工作流是其中最活跃的研究方向， 文献 2 3 对该方向的研究现状进行了综述，但主要是对过程维的研究成果进行了 综述，虽然提到了数据维和资源维( 在工作流领域，资源特指人和所在的组织) ， 但对相关成果总结不足。文献 2 4 基于遗传算法提出了支持q o s 的网格工作流的 调度方法，但实质还是服务组合中的问题。文献 2 5 1 研究了网格工作流的时问约 束问题。文献 2 6 中提出了一种网格环境下工作流任务的动态分派方法。文献 2 7 】 以城市应急联动系统为背景，提出了一个基于元数据导航的基于服务的工作流装 配模型，其中描述了虚拟组织参与业务流程的方法。文献【2 8 】对于基于服务的工 作流互操作问题的研究也让我们看到了资源( 虚拟组织) 模型在工作流技术中不 可缺少的地位。其它还有不少的研究，但其中有相当数量将服务组合与基于服务 的工作流等同，在该领域中目自仃存在着工作流概念被大量“借用”的现象，工作流 4 中山大学硕士论文基于服务的工作流系统架构的研究 的研究必须考虑过程、资源、案例三个维度的因素。文献 2 9 利用状态机的弹性 和效率来为复杂、动态的业务流程建模，从而补偿b p e l 语言的不足以实现对人工 协作的支持。文献 3 0 设计了一个业务流程引擎- o n c e - 以支持人工协作。o n c e 作为一个初步的通用的业务引擎主要负责管理存在于通用结构或数据库的应用 数据或业务数据，提供流程、客户程序及其它引擎间的协作支持以及管理描述交 互及业务逻辑的规则。在文献 3 1 中，i v a n 和b i e n v e n i d o 禾l j 用扩展电子邮件系 统的方法使基于w e b 服务的工作流系统支持人工协作。在文献 3 2 中，赵晓敏等 通过扩展b p e l 语言，将人工任务服务化后整合w e b 服务和人来协调人机交互。但 这些基于服务组合的技术方法要么是只针对特定的应用以满足某个应用为目的， 技术方案没有通用性，要么是通过直接扩展b p e l 语言以添加相应元素标志来实现 人工协作机制，具有很大的局限性，同时也都少有涉及对资源维度的研究。 ( 3 ) 在基于传统工作流的研究方面，面对日益走向分布、异构、动态的应 用环境，传统工作流技术的发展和应用遇到了巨大的挑战，以w f m c 规范为代表 的传统工作流也在不断地做出调整，其过程描述语言由、胛d l 到x p d l 的转变及 w f x m l 草案1 3 3 l 的推出让我们看到了在这方面的努力。但以服务组合为基础的 新型工作流对新型应用环境的适应以及产业界巨大的推动力使其成为当前的主 流，而传统工作流技术的产品市场正在逐渐萎缩。然而即使是现在，传统工作流 的理论模型、结构及语义验证等方面深厚的理论根基仍然是新型工作流技术不可 比拟的。正如工作流技术领域的权威a a l s t 所指出的那样，服务组合应该从有2 5 年历史的工作流技术研究中汲取营养【6 】。 综上所述，我们可以看出基于服务组合的工作流系统架构将成为未来工作流 产品的主流架构。面对未来分布、异构和动态的应用环境，基于服务的工作流技 术具有与生俱来的适应性。传统工作流通过扩展支持服务组合的方案不能摆脱原 有结构的局限，也不可能得到产业界主流的支持。但服务概念对传统工作流的冲 击却仅仅是技术层面的。所谓技术上的冲击是指对工作流管理系统w f m s 结构和 实现技术上的影响。传统工作流在基础理论上近3 0 年的核心研究成果依然可以作 为基于服务的工作流技术的基础，特别是过程模型的理论。资源或组织模型当然 也需要为适应新的应用环境需要而做出重大调整，这即是虚拟组织等新技术产生 的原因。基于以上基本认识，我们总结了基于服务的工作流已有研究的不足： 对基于服务的工作流平台的体系结构研究不足。服务组合平台不是基于 中山大学硕士论文基于服务的工作流系统架构的研究 服务的工作流平台，目前常有人将b p e l 弓i 擎等服务组合引擎作为工作流引擎。 但服务组合平台至少需要扩充对人工协作机制的支持才能成为基于服务的工作 流技术平台。传统工作流有w f m c 的参考模型作为标准，但遗憾的是目前学术界 对基于服务的工作流平台结构的研究甚少，更不用说对参考模型的标准化。 对组织模型及其对平台结构的影响研究不足。综述的研究中提到组织或 资源的很少，分布、异构、动态的新型应用环境下组织的形式是多种多样的，如 虚拟组织。组织模型的不同必然对平台结构造成影响，如任务分派机制的建立及 其工作流应用编程接口的设计等。 缺乏完善的基于服务的工作流描述语言。过程模型是工作流描述语言的 基础，服务组合语言( 女n b p e l 等) 必须扩充其对组织模型的支持才能用于基于 服务的工作流描述，即增加对人工协作机制的支持。b p e l 4 p e o p l e 的出现是个好 的开始。但学术界的研究很少，基于服务的工作流描述语言应该参照传统工作流 过程模型的研究成果而调整，才能具备坚实的理论基础。 1 4 本文的研究意义 基于服务的工作流是信息技术领域中工作流、w e b 服务、网格等多种技术分 支交叉结合而来的一种新兴技术。目前市场上少数几个真j 下意义上的基于服务的 工作流平台系统结构各异、互不兼容，处于摆脱传统架构标准后的空白期，这种 局面只会对行业垄断巨头有利，但是对我国软件业的发展和用户则极其不利。对 基于服务的工作流系统架构的研究是进行基于服务的工作流技术研究的基础和 关键，有着重要的意义。 首先，对基于服务的工作流系统架构的研究可以促进我国在国际前沿应用领 域的技术创新，为相关平台产品的研发提供核心技术。传统工作流技术在集中式 环境中很好地支持了人工协作和应用集成，但在面对分布、异构、动态的应用环 境时却难以克服自身的技术局限。与s o a 、网格等技术结合的基于服务的工作流 是工作流技术发展的必然趋势。国外产业界在这方面的已迈出了第一步，如i b m 、 o r a c l e 、s a p 等企业于2 0 0 7 年7 f j 联合发布了b p e l 4 p e o p l e 企业规范，虽然尚未被 标准化组织接纳，相关实现技术也在探索中。国内外学术界的相关研究才冈l j n t j 开 始，抓住时机加大研究力度可以促进我国在相关领域的技术创新，并为相关产品 6 中山大学硕士论文基于服务的工作流系统架构的研究 研发提供技术基础。 其次，基于服务的工作流系统架构的研究可以促进工作流技术领域内相关问 题的研究和发展。对传统工作流而言，由于w e b 服务、网格等技术的引入，为原 来一些难题的解决带来了机遇。如w e b n 艮务技术使得活动可以动态改变，这在技 术层面上为柔性问题的研究带来了新的解决思路，同样也有助于解决不同执行服 务的互操作问题；网格技术为多个工作流引擎集成为一个执行服务提供了新方法 等。当然，同时也会使一些问题面临更大的挑战，如异常处理、事务机制等。但 无论是机遇还是挑战都将为该领域的研究注入新的活力和发展动力。 再次，基于服务的工作流系统架构的研究可以促进相关学科的发展。基于服 务的工作流是多种技术分支交叉融合发展的产物，它的研究不但为工作流技术发 展带来机遇和挑战，同样也会为不同技术分支的研究注入活力。 最后，政府职能的转变和经济全球化的发展趋势使得分布、异构、动态的应 用环境不断增强，基于服务的工作流是在这种新的应用环境中支持人工协作和应 用集成两方面应用的基础平台性技术，它的研究顺应了社会实践的新要求，具有 广阔的应用前景。 ( 1 ) 基于服务的工作流产品是电子政务的重要技术基础。随着政府职能向 服务型转变和社会发展新问题的出现，政府部门问的服务联动能力、突发事件的 应急处理能力日益成为公众关注的焦点。新的能力需求导致政府部门之间、政府 与企事业单位之间的人、软件系统的协同工作需求大大增加，由此带来了分布、 异构、动态的应用环境。如突发事件的应急处理会涉及政府多部门、医院、交通 运输、药品企业等众多单位，一旦意外发生，这些单位需要立即组成一个动态的 临时性组织，并在统一指挥和互相协作下进行应急处理，不同的事件需要不同的 组织单位和组织方式，一旦事件处理完毕则解散。信息系统的支持是这种动态组 织得以建立的必需，而基于服务的工作流产品正是满足电子政务这一需求的基础 性平台设施。 ( 2 ) 基于服务的工作流产品是电子商务的重要基础平台。经济全球化使得 每个企业都处于一个或多个它赖以生存的经济生态链中。捕捉信息及据此调整其 生态链的能力和速度决定了企业的命运。企业间的联盟关系、供求关系不断动态 变化，造成了人工协作和应用集成的分布、异构和动态的环境。只有基于服务的 7 中山大学硕士论文基丁服务的工作流系统架构的研究 工作流平台才能支持企业间复杂的商务应用变化。 ( 3 ) 基于服务的工作流产品是企业信息化的重要基础平台。经济全球化导 致企业的全球化，跨国公司、跨地区企业发展迅速，企业内部的信息化面临分布 式的应用环境，大量信息化产品的采购也难免带来异构性，而企业为应对激烈的 竞争环境在管理、生产流程的业务重整又带来动态性。基于服务的工作流产品是 未来企业信息化的基础设施。 总之，基于服务的工作流技术的研究具有重要的价值，在此成果指导下开发 的平台产品是电子政务、电子商务和企业信息化等领域信息化的重要基础设施， 具有极大的应用价值。 1 5 本文的组织结构 本文首先介绍了课题的研究背景，阐述了面临的问题并分析了相关研究的现 状。基于这些所面临的问题和背景，我们提出了基于服务的工作流系统架构并深 入这个方案，详细阐述了基于服务的外部应用调用方案和人工协作方案及人工工 作流服务h u m a nw o r k f l o ws e r v i c e 的内部结构及其工作原理等；接着简单介绍 了本文提出的工作流系统架构在具体应用中的实现；最后我们对本文进行总结， 提出了一些待改进的方面。全文共分六章，其中各章内容安排如下： 第一章，主要介绍了本课题的研究背景，对本文的研究内容和范围做出界定， 指出研究意义并进一步分析了研究现状。 第二章，分别介绍了本文所涉及到的技术理论知识和相关技术。 第三章，结合研究背景的需求，提出了一个适应于新型应用环境的工作流系 统架构，并进一步阐述了人工协作方案及基于服务的外部应用程序调用方案。 第四章，阐述了基于服务的工作流系统架构的重要组成部分人工工作流 服务h u m a nw o r k f l o ws e r v i c e 。在这章中分别阐述了人工工作流服务的内部结 构、工作原理、异步回调机制的解决方案以及对外提供的必要功能接口等。 第五章，介绍了本文提出的系统架构模型的在分布式突发卫生事件信息调查 系统中的初步应用。 第六章，对本文的研究进行总结，并指出下一步需要进行的工作。 8 中山大学硕士论文基于服务的工作流系统架构的研究 第二章相关技术简介 2 1 工作流技术概况 2 1 1 工作流的定义 1 9 9 3 年工作流管理联盟( w f m c ) 正式成立，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、体系结构及应用编程接口等方面制定了一系列标准。但是不同的 工作流技术的研究者和产品供应商对工作流仍然有着不同的认识，他们分别从不 同的角度分别给出了工作流的定义，以下即是来自于不同研究机构和学者对工作 流的几个具有代表性的定义。 1 ) 工作流管理联盟给出的定义是： 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【3 4 1 。 2 ) g i g ag r o u p 给出的定义是： 工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的顺序以及由谁来执行、支持 任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制【3 5 】。 3 ) i b ma l m ad e nr e s e a r c hc e n t e r 给出的定义是： 工作流是经营过程中的一种计算机化的表示模型，定义了完成整个过程所需 用的各种参数。这些参数包括对过程中每一个单独步骤的定义、步骤间的执行顺 序、条件以及数据流的建立、每一步骤由谁负责以及每个活动所需要的应用程序 【3 6 】 o 4 ) a mi ts h e t h 给出的定义是： 工作流是涉及到多任务协调执行的活动，这些任务分别由不同的处理实体来 完成。一项任务定义了需要做的某些工作，它可用各种形式来进行定义，包括在 文件或电子邮件中的文本描述、一张表格、一条消息以及一个计算机程序。用来 9 中山大学硕+ 论文基于服务的工作流系统架构的研究 执行任务的处理实体可以是人，也可以是计算机系统，如一个应用程序或数据库 管理系统等【3 7 1 。 5 ) wm ev a nd e r a a l s t 给出的定义是： 工作流是一系列工作的偏序集。工作的序列可以有多种方式，比如工作x 与y 满足x ；y 当且仅当x 在y 开始之前就已经就绪【3 8 1 。 以上的所有定义，虽然在表述方式上有所不同，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，而工作流管理系统则是这一实 现的软件环境。将工作流技术作为业务过程的实现技术首先要求工作流系统能够 反映业务过程的如下几个问题：即业务过程是什么、怎么做、有谁来做、做的怎 样的问题。所谓是什么是指有哪些活动、任务组成，即结构上的定义；怎么做是 指活动间的执行条件、规则以及所交互的信息，即控制流与信息流的定义；由谁 来做是指人或计算机程序，即组织角色的定义；而做得如何则是指通过工作流管 理系统对执行过程进行监控。简单的理解，工作流就是指“在适当的时间把适当 的信息传递给适当的人”。因此工作流可以说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。 2 1 2 工作流参考模型及w a p i 工作流管理联盟( w f m c ) 为了实现工作流技术的标准化和开放性而制定了参 考模型，从而支持异构工作流与产品间的互操作性，并使得其它的应用可以使用 该结构和定义好的应用编程接口访问不同的工作流管理系统提供的服务，实现与 其它的应用的快速集成与融合。w f m c 给出的工作流参考模型的体系结构【1 l 如图 2 - 1 所示。以下将分别介绍w f m c 给出的工作流重要概念、w p i 和接口。 1 ) 重要概念术语： 工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) ：工作流执行服务和工作流引擎 通过内部的工作流控制数据来辨别每个过程或活动实例的状态。这些数据由工作 流执行服务和工作流引擎进行控制。用户、应用程序或其它的工作流引擎不能对 其进行读写操作。但它们可以通过向工作流引擎发消息来获得工作流控制数据的 内容。 1 0 中山大学硕士论文 基于服务的工作流系统架构的研究 匮酬 l 过程定义卜 誓 组织爿 l1r 乍口十；o 控制 怍流嗨 搦 一 暖秘甥鳓哮猕j园 一 麴椐， 应用l j 服务 隧戮鬻隧绀 ，、l 。士，i 篆籀k 务表ij 相关i ( j ) 啊 肝嘉表i，。 泣甩 管理静”、瑾一2 貉绷 b 一一# 钟“搿l ， 隧用户界曲溺 盘 图2 - 1 工作流参考模型体系结构图 工作流相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ：工作流管理系统通过工作 流相关数据来判断流程实例状态转换条件，并选择下一个将执行的活动。这些 数据可以被工作流应用程序访问并修改。因此，工作流管理软件需要在活动实 例之间传递工作流相关数据。 工作流应用数据( w o r k f l o wa p p l i c a t i o nd a t a ) ：这种数据是指那些由应 用程序操作的数据。他们是针对应用程序的，是企业完成具体业务功能所需要 的数据，如产品结构数据、订单数据等。而工作流管理系统并不关心业务数据 也不能访问业务数据。 工作流客户端应用：任务的执行者就是通过工作流客户端应用程序与工作 流管理系统进行交互的。每个任务的执行者都有一个工作列表，任务的执行者 就可以选中一个任务然后调用相应的“被调应用程序”来完成任务。 被调应用程序：任务的执行者在完成相应的任务的时候，需要调用一个或 者多个应用程序来完成具体的任务，如w o r d ，e x c e l ，p d f 阅读器等；而被调 应用程序并不是工作流管理系统的一部分，因为它与具体的应用相关。另外， 被调应用程序一般分为交互式应用和全自动应用。前者需要用户选中并执行工 作列表处理器中的工作项来启动交互式应用程序，而后者则不需要同用户交 互。 中山大学硕十论文基于服务的t 作流系统架构的研究 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。 另外，在工作流技术当中，还有一些比较重要的概念，如：角色，资源， 管理监控工具等。在此不再一一讲述了，如有兴趣请参考w f m c 相关技术规范。 2 ) w a p i 与接口 图2 2w f m