（计算机软件与理论专业论文）智能流程应用模式中的流程自动生成方法的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着网络技术的快速发展，传统的流程应月j 模式由面向企业用户渐渐转为面 向更广泛的普通用户。企业中的流程相对比较成熟规范，流程也相对稳定。但是 面向普通用户的时候，情况就不同了：普通用户常常提出个性化的要求，定制统 一的流程已经无法满足众多的个性化要求；普通用户提出的需求非常不规范，需 要一种自动机制对其进行规范和分析，才能提取出用户需求中的流程相关信息； 用户希望有一个更加友好的交互界面，用以提出对流程的需求。传统的流程应用 模式很难满足这些新的要求。 针对用户的这些新的要求，一种新型的流程应用模式智能流程应用模式 出现了。它的主要特点是：在智能流程应用模式中，流程不是由领域专家或用户 事先定制，而足根据用户需求自动生成；一个流程不再为众多用户服务，而是服 务于指定的用户，从而体现了个性化等。智能流程应用模式中的建模方法是一种 新的更加灵活的业务流程建模方法，该方法根据用户的需求，动态生成业务流程， 支持用户的个性化要求，支持快速的随需应变，更加适合i n t e m e t 环境下的复杂 情况。 本文研究的重点就是智能流程应用模式中的关键问题流程自动生成的 理论与方法。流程自动生成的方法是根据用户需求动态地生成虚拟流程，此流程 中的每个节点并没有绑定到具体的服务，而只是对这个服务功能以及操作属性的 描述，所以说这是一个虚拟流程。然后再采用合适的策略，为每个活动选择合适 的i n t e m e t 应用。 为了能够形式化的表示虚拟流程，本文引入了服务功能单元。服务功能单元 是一类特殊的服务，每个服务功能单元代表着一类具有相似的操作属性，并且具 有相似功能的服务。虚拟流程中的任务节点就是服务功能单元。 本文还提出了基于服务功能单元的虚拟流程自动生成的智能规划算法，此规 划算法具有较好的容错能力，在规划进入失败状态时可以进行规划的回溯，并且 在规划过程中引入了启发式搜索。 本文中还介绍了如何依据虚拟流程，通过服务发现和匹配以及确定流程的数 山东大学硕士学位论文 据流，生成业务流程的方法。 本文以一个采用智能流程应用模式的旅游服务集成平台i p v i t a ( t h e i n t e l l i g e n tp l a t f o r mo f v i r t u a lt r a v e la g e n c y ) 为实验背景，详细讲解了本文的研究 在该系统中的实际应用。 关键字：智能流程，工作流，w e b s 务组合，服务功能单元，b p e l 4 w s 山东大学硕士学位论文 a b s tr a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ，t h ec u s t o m e ro ft r a d i t i o n a l p r o c e s sa p p l i c a t i o nm o d e sh a sb e e nt r a n s f e r r e df r o mt h ee n t e r p r i s eu s e r st op e r s o n a l u s e r s t h ep r o c e s si ne n t e r p r i s ei sr e l a t i v e l ym o r en o r m a t i v e ，a n ds t a b l e ，b u tw h e ni t c o m et ot h ep r o c e s si np e r s o n a la p p l i c a t i o n ，t h es i t u a t i o ni sa b s o l u t e l yd i f f e r e n t ：t h e p e r s o n a lc u s t o m e ru s u a l l ym a k ei n d i v i d u a lr e q u e s t ；t h er e q u e s tm a d eb yt h ep e r s o n a l c u s t o m e ri sn o ts os t a n d a r d i z e d ，t h a ta na u t o m a t i cm e c h a n i s mi sn e e d e dt os t a n d a r d i z e a n da n a l y s i si tt oe x t r a c tt h ei n f o r m a t i o nf r o mt h er e q u i r e m e n to fc u s t o m e r t h e c u s t o m e rn e e dam o r ef r i e n d l yi n t e r f a c et om a k et h er e q u e s tf o rt h ef l o w , b u tt h e t r a d i t i o n a lf l o wa p p l i c a t i o nm o d e sc a nn o tm e e tt h e s en e wd e m a n d s t od e a lt h i sp r o b l e m ，an e wp r o c e s sa p p l i c a t i o nm o d ec o m ef o r t h ：s m a r t f l o w a p p l i c a t i o nm o d e t h em o s tp r o m i n e n tf e a t u r eo f t h en e wm o d ei st h a t ，t h ep r o c e s si s n o tc u s t o m i z e db yt h ee x p e r t ，b u tb yt h ec u s t o m e ri na c c o r d i n gt ot h e i rr e q u i r e m e n t s ； t h em o d e l i n gm e t h o do fs m a r t f l o wa p p l i c a t i o nm o d ei san e wm o d e l i n gm e t h o d ， w h i c hc r e a t ep r o c e s sd y n a m i c a l l yi n a c c o r d i n gt oc u s t o m e r sr e q u i r e m e n t s t h i s m e t h o dc a nc o p ew i t ht h ei n d i v i d u a l i t ya n dr a p i dc h a n g e so fc u s t o m e r sr e q u i r e m e n t s e l e g a n t l y a n di ti sm o r ea p p r o p r i a t ef o rt h ec o m p l e xs i t u a t i o ni ni n t e r n e t t h ek e yr e s e a r c hp o i n to ft h i sp a p e ri st h et h e o r ya n dm e t h o do fd y n a m i c c r e a t i o no fp r o c e s s ，w h i c hi so n eo ft h ep i v o t a lp r o b l e m si nt h es m a r t f l o wa p p l i c a t i o n m o d e t h em e t h o df o ra u t o m a t i cc r e a t i o no fp r o c e s sc r e a t ev i r t u a l p r o c e s s d y n a m i c a l l yi na c c o r d i n gt ot h ec u s t o m e r sr e q u i r e m e n t s ，e a c hn o d eo f w h i c hi so n l y ad e s c r i p t i o no ft h ef u n c t i o na n do p e r a t i o np r o p e r t i e so ft h es e r v i c e ，i n s t e a do fb e i n g b o u n dt oa na c t u a ls e r v i c e ，s ow ec a l li tv i r t u a lp r o c e s s t h e naa p p r o p r i a t es t r a t e g yi s a d o p t e dt os e l e c tr i g h ti n t e m e ta p p l i c a t i o nf o re a c ha c t i v i t y t of o r m a l i z et h ev i r t u a lp r o c e s s ，w ei n t r o d u c es e r v i c ef u n c t i o nu n i t af u n c t i o n u n i t ei sak i n do fp a r t i c u l a rs e r v i c e ，e a c hr e p r e s e n tak i n do fs e r v i c ew i t hs i m i l a r o p e r a t i o np r o p e r t i e s ，a n ds i m i l a rf u n c t i o n s i nt h i sp a p e r , w ep r o p o s eap l a n n i n ga l g o r i t h m ，w h i c hc r e a t eav i r t u a lp r o c e s s a u t o m a t i c a l l y ab a c kt r a c kp r o c e s si sa c t i v a t e dw h e nt h ep l a nf a i l s ，a n dh e u r i s t i c 山东大学硕士学位论文 s e a r c hi sa l s oi n t r o d u c e d w ea l s oi n t r o d u c eh o wt oc r e a t et h eb u s i n e s s p r o c e s s a c c o r d i n gt ov i r t u a lp r o c e s s w ed e v e l o pa l la p p l i c a t i o np r o j e c tb a s e do ns m a r t f l o wa p p l i c a t i o nm o d e t h e i n t e l l i g e n tp l a t f o r mo f v i r t u a lt r a v e la g e n c y ( i p v i t a ) ，a n da p p l yo u rr e s e a r c ho nt h i s p l a t f o r m k e y w o r d s ：s m a r t f i o w w o r k f i o w w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o r 。s e r v i c ef u n o t i o n u n i tb p e l 4 w s 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。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者虢爽绳 日期： wl ，3 - _ 厂 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：丝导师签名：趟日期：巡 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着网络技术的快速发展，出现了众多新的技术和应用，为人们的生活和工 作带来方便。但是，目前提供的貌似强大的各种工具并不能很好地解决用户实际 应用的需求，尤其是用户对流程应用方面的需求，因为越来越多的业务活动背后 都涉及到一些复杂的流程。因此，流程应用模式己成为互联网应用发展的瓶颈， 构建新型的流程应用模式及其之上的关键应用成为软件技术发展的关键。 传统的流程应用模式，如工作流管理技术，并没有从研究用户应用模式的角 度出发来解决问题。因此，面对日益复杂的用户需求和日新月异的软件技术，传 统的流程应用模式正面临着巨大的挑战。 首先，传统的流程应用模式由面向企业用户渐渐转为面向更广泛的普通用 户。企业中的流程相对比较成熟规范，需求比较明确，从而流程也相对稳定，事 先由专家定制一个适合业务需要的流程是较为合理的。但是如果这种流程应用模 式直接面向普通用户的时候，情况就不同了，具体表现在：( 1 ) 普通用户的数目 众多、层次不一，常常提出个性化的要求。定制统一的流程已经无法满足众多的 个性化要求，而为每一个个性化要求单独定制流程也不现实。因此，根据用户需 求自动生成流程更加合理。( 2 ) 普通用户提出的需求非常不规范，需要一种自动 机制对其进行规范和分析，才能提取出用户需求中的流程相关信息。为其制定合 适的流程。( 3 ) 用户希望有一个更加友好的交互界面，用以提出对流程的需求。 所有这些都需要新型流程应用模式，即智能流程的支持。 其次，流程执行过程中，各个任务的完成主体也发生了改变。传统的流程管 理技术，任务多由程序单元或者企业应用完成。而随着业务活动的全球化，完成 任务的主体已经扩展到了整个i n t e m e t 范围，出现了很多不同的特点：( 1 ) i n t e m e t 应用的数量呈现爆炸式增长，这时需要更加智能的流程应用模式来为每个任务选 择一个合适的i n t e m e t 应用。( 2 ) 虽然w e b 服务技术出现后，i n t e m e t 应用已经 有了技术层面的统一标准，但是在业务层面很难形成标准，即使是完成相同的业 务的i n t e m e t 应用，也会由于服务商的不同而导致接口完全不同，这就需要能够 山东大学硕士学位论文 自动处理这些不一致。( 3 ) 用户需要的流程是各个任务对应的i n t e m e t 应用互相 配合，整体达到最优效果的流程，而非仅仅为每个任务选择最合适的应用。 针对流程管理出现的这些新特点，迫切需要一种更加灵活、更加智能、更加 敏捷的新型流程应用模式。那么什么是新型的流程应用模式呢? 用户希望提供一 个更加好用易用的应用，能够根据自己的需要，享受全套的自动化流程服务，不 用再需要进行繁琐的中间过程，也无需进行细致的规划，只需提出自己的要求， 就可以自动得到一个周密的流程安排。只要用户同意，随时可以执行这个流程， 主动地与用户进行联系，让用户在不经意间享受更加优质的服务，给用户以有机 统一的服务体验。我们称这种新型的流程应用模式为智能流程( s m a r t f l o w ) 应 用模式。举例来说，目前的旅游网站已经提供了如订票之类的服务，需要用户凭 借自己的经验选择和组织这些服务来实现一个旅游流程。但是越来越多的用户希 望网站能够根据自己提出的需要自动地将这些服务组织起来，实现一种智能化的 流程应用模式。这样用户能够在家中或是其他任何地方通过各种方式连接 i n t e r n e t ，提出自己对旅游的要求，然后由智能流程安排好一切与旅游有关的事项， 并主动与游客进行交流和联系，使游客可以舒心地享受一次美妙的旅游。 智能流程( s m a r t f l o w ) 应用模式的特点： 1 在智能流程应用模式中，不再像传统的工作流模式中流程是由领域专家或 用户事先定制，而是根据用户需求自动生成： 2 流程的完成者不再是指定的应用提供商，而是根据用户需求自动选择； 3 一个流程不再为众多用户服务，而是服务于指定的用户，从而体现了个性 化： 4 一个流程模型中不再有多个流程实例同时运行，而是有少量甚至只有一个 流程实例； 5 流程模型不再长久有效，执行完毕后就被抛弃； 6 流程模型不再是面面俱到的复杂模型，相对更加简洁的简单模型。 由此可见，智能流程( s m a r t f l o w ) 应用模式跟传统的流程应用模式在流程的 设计上有着根本的不同。传统的设计模式更多追求的是“严格的设计，永久的使 用”，试图设计种能够适合各种情况的业务流程并保证其正确性和有效性，常 常导致设计的业务过程过于复杂，反而造成其性能不尽人意。而智能流程 山东大学硕士学位论文 ( s m a n f l o w ) 应用模式中的建模方法是一种新的更加灵活的业务流程建模方法， 该方法根据用户的需求，动态生成业务流程，支持用户的个性化要求，支持快速 的随需应变，更加适合i n t e r n e t 环境下的复杂情况。 在智能流程( s m a n f l o w ) 应用模式中，流程自动生成方法是最大创新。流 程自动生成的方法是根据用户需求动态的生成虚拟流程，此流程中的每个节点并 没有绑定到具体的服务，而只是对这个服务功能以及操作属性的描述，所以说这 是一个虚拟流程。然后再采用合适的策略，为每个活动选择合适的i n t e m e t 应用。 与生成流程的同时就为流程上的节点绑定具体服务的流程生成方式相比这 种方式具有很大的改进： ( 1 ) 这种方法将一个复杂的自动流程生成过程分成两个过程：自动虚拟流 程生成和服务发现，这样可以减少整体的复杂度，降低了两个过程的耦合度，提 高了生成流程的质量。在虚拟流程生成过程中我们不需要跟具体的服务发生关 联，这能大大减少流程生成的复杂度；在服务发现时，也不需要考虑具体服务之 间的关联和依赖关系，这可以提高服务发现的质量。 ( 2 ) 在后期的流程执行 = l ，如果出现流程上具体服务无法使用的意外时， 我们只需要确定它在虚拟流程上对应的任务节点，然后对这个节点重新绑定具体 的服务，不需要进行流程的重组。 1 2 研究的应用背景 本节主要介绍了智能流程应用模式的应用系统i p v i t a ( t h ei n t e l l i g e n t p l a t f o r m o f v i r t u a l t r a v e l a g e n c y ) 1 3 6 。该平台的工作流程是首先将用户的需求形式化，然 后根据形式化的需求自动生成虚拟的旅游流程，之后自动为虚拟流程匹配满意的 服务从而形成旅游流程，最后实施旅游流程，为用户提供满意的旅游服务。整个 过程最大的体现了平台的智能化。 整个平台结构血l i 图1 1 ： 山东大学硕士学位论文 图1 - 1i p v i t a 总体结构图 整个平台分为四个模块，语义管理模块、组合流程生成模块、服务注册中心 和流程执行模块。下面分别介绍平台的各个模块。 ( 1 ) 语义管理模块的作用是通过简洁的界面和方便的操作，对平台所需要 的语义基础本体和规则进行管理。该模块包括两个组成部分：本体管理工具 和规则定义工具。( 1 ) 本体管理工具：本体管理工具的作用是提供方便的、人性 化的界面，供旅游专家定义和修改本体。( 2 ) 规则定义工具：规则是平台其他部 分的推理基础。 ( 2 ) 组合流程生成模块的功能是将用户的需求形式化，然后根据形式化的 需求自动生成虚拟的组合流程。组合流程生成模块由两部分组成，需求模板生成 器和组合流程生成器。需求模板生成器的作用是根据旅游本体中关于服务的描 述，生成需求模板，供用户填写，用户需求最终成为一棵需求描述树。组合流 程生成器的作用是根据用户的需求，采用智能规划的方法，自动生成一个虚拟的 旅游流程。 ( 3 ) 服务注册中心的作用是管理服务提供商提交的服务注册信息，并提供 对注册信息的查找、建立、修改、删除等功能。服务注册中心由三部分组成：服 务注册模块、服务发现模块和服务评估模块。服务注册模块的作用是根据旅游本 体，自动生成服务注册模板，由服务提供商填写，用于注册他们的服务。服务发 n 矽 r 山东大学硕士学位论文 现模块的功能是为虚拟流程中的功能节点匹配真正的服务，其中虚拟流程是由组 合流程生成器生成的。服务发现模块的任务根据形式化的需求描述，对虚拟流程 上的每一个功能节点，在服务注册库中查找满足条件的服务。服务评估模块的功 能是根据旅游流程的运行情况对服务进行评估，评估的结果作为注册信息的一部 分追加到服务注册信息中。 ( 4 ) 流程执行模块的功能是为虚拟旅游流程绑定服务，变为真实的旅游流 程，并交由工作流引擎执行。流程执行引擎由两部分组成：旅游流程生成器和旅 游流程执行引擎。旅游流程生成器的功能是为虚拟旅游流程绑定服务，变为真实 的旅游流程。旅游流程生成器从虚拟旅游流程的节点获取到对具体服务的需求信 息，然后调用服务发现模块，在注册中心查找到跟需求信息匹配的服务，作为候 选服务，最后根据候选服务的的评估情况，选出得分最高的几个候选服务，供用 户选择。旅游流程执行引擎负责执行匹配了具体的服务之后的旅游流程。 下面本文结合实际情况简单介绍一下1 p v i t a 是如何运行的( 图1 - 2 ) 。 瓣客 图1 - 2i p v i m 总体运行图 游嚣 山东大学硕士学位论文 i p v i t a 的使用者分为三类：领域专家、服务提供商和游客，下面我们按照使 用者的不同分别介绍。 ( 1 ) 领域专家定义旅游本体和规则 平台邀请旅游领域的专家，在软件专家的配合下使用本体定义工具定义旅游 本体，使用规则定义工具定义规则。专家还会根据实际的运行情况，调整旅游本 体和规则。 ( 2 ) 服务提供商注册自己的服务 根据本体中定义的各类服务，服务注册模块生成每种服务的注册模板，交由 服务提供商填写。服务的注册信息就像是服务的广告，所以服务商填写的越详细， 被选中的几率就越大。填写完毕的服务注册信息，存放到服务注册中心。 ( 3 ) 平台根据用户提出的旅游需求生成旅游流程 根据旅游本体中的服务描述，需求模板生成器生成需求描述模板。需求描述 模板包含对各类服务的属性的描述以及总体的旅游需求，例如总的费用、总的时 间等等。组合流程生成器根据形式化的需求描述，使用规划算法生成虚拟的旅游 流程。虚拟流程定义完毕之后，旅游流程生成器为流程中的虚拟服务节点匹配真 实的服务。旅游流程生成器取出虚拟流程上服务功能单元对应的服务描述，送至 服务发现模块，由服务发现模块在服务注册中心里查找到若干合适的服务，组成 多条旅游流程，供用户选择。 ( 4 ) 用户选择满意的流程交由流程执行引擎执行 旅游流程生成器将选择出的多个旅游行程交由游客选择，游客根据自己的标 准选择了一条合适的旅游流程之后，交由流程执行引擎来执行。在执行过程中， 服务评估模块根据服务的运行情况进行评估，将评估结果服务质量( q o s ) 追加到服务注册中心中，作为以后服务选择的依据之一。 1 3 文章的研究内容 本文研究的重点就是智能流程应用模式中的关键问题流程自动生成理 论与方法。流程自动生成的方法是根据用户需求动态的生成虚拟流程，此流程中 的每个节点并没有绑定到具体的服务，而只是对这个服务功能以及操作属性的描 山东大学硕士学位论文 述，所以说这是一个虚拟流程。然后再采用合适的策略，为每个活动选择合适的 i n t e m e t 应用。 为了能够形式化的表示虚拟流程，本文引入了服务功能单元。服务功能单元 是一类特殊的服务，每个服务功能单元代表着一类具有相似的操作属性，并且具 有相似功能的服务。每一类可以提供相似的功能并且具有相似的操作属性的服务 都应该注册到同一个相对应的服务功能单元。服务功能单元的作用实际上是依据 操作属性和功能对全体服务进行分类。在本文中，服务功能单元就是虚拟流程的 任务节点。 本文还提出了一种虚拟流程的自动生成算法，此算法是一种智能规划算法。 智能规划是服务动态组合研究的热点，很多服务动态组合系统中都采用智能规划 算法，它是一种理论成熟的技术，可以满足用户各种不同的需要。本文提出的规 划算法具有较好的容错能力，能够避免规划陷入死循环，防止规划进入之前的失 败状态，在规划进入失败状态时可以进行规划的回溯，并且在规划过程中引入了 启发式搜索，因此生成的虚拟流程也更加合理。 本文中还介绍了如何依据虚拟流程，通过服务发现和匹配以及确定流程的数 据流的方式，生成具体的业务流程的方法。 本文以一个采用智能流程应用模式的旅游服务集成平台i p t a ( t h e i n t e l l i g e n t p l a t f o r mo f v i r t u a l t r a v e l a g e n c y ) 为实验背景。该平台的作用是首先将 用户的需求形式化，然后根据形式化的需求自动生成虚拟旅游流程，之后自动为 虚拟旅游流程匹配满意的服务从而形成旅游流程，最后实施旅游流程，为用户提 供满意的旅游服务。 本文在i p v i t a 中的工作主要集中在组合流程生成器。组合流程生成器是 i p v i t a 的核心部分，也是本文研究的智能流程应用模式中的虚拟流程自动生成方 法在i p v i t a 的应用体现，所以我们对组合流程生成器进行了详细地设计与实现。 组合流程生成器的工作流程是对需求模板生成器形成的用户需求描述进行处理， 生成规划过程需要的初始状态，按照规划算法，通过选取合适的规划操作，自动 生成一条由服务功能单元组成的虚拟旅游流程，将生成的流程表示成b p e l 4 w s 的形式交给旅游流程生成器，并且在规划进入失败状态时可以进行规划的回溯。 在实现上，组合流程生成器分为五个模块：规划操作选取模块、规划失败回溯模 山东大学硕士学位论文 块、初始状态生成模块、b p e l 4 w s 文档生成模块以及流程生成主模块。文中分 别详述了各个组成模块的实现机制。 1 4 文章的结构安排 本文分为六章： 第一章：绪论。介绍了如今传统的流程应用模式所面临着巨大的挑战，这些 挑战要求一种更加灵活、更加智能、更加敏捷的新型流程应用模式，于是智能流 程( s m a r t f l o w ) 应用模式应运而生。介绍了智能流程应用模式的特点，指出流 程自动生成方法是它的最大创新。简单介绍了智能流程应用模式的应用系统 i p v i t a 的总体结构和执行流程。说明了本文研究的重点就是智能流程应用模式中 的关键问题流程自动生成理论与方法。简单介绍本人在智能流程应用模式中 的流程自动生成方向所做的理论研究以及在i p v i t a 中所做的实际工作。本章的最 后列出了论文的组织结构。 第二章：研究基础。本章简单介绍了自动流程生成可以借鉴的工作流技术和 w e b 服务组合技术，并且简单介绍了我们采用的流程表示语言b p e l 4 w s 。第一节 介绍了工作流技术，简单介绍了工作流管理系统的定义，工作流管理的参考模型， 以及动态自适应工作流的几个主要的研究方面。第二节介绍了w e b , 服务组合技 术，简单介绍了w e b 服务的定义，w e b f l 务组合的定义以及当前自动w e b , 服务组合 的主要研究领域。第三节介绍b p e l 4 w s ，简单介绍了b p e l 4 w s 的定义来源以及 它的四个主要组成部分。 第三章：服务功能单元的定义和作用。本章中引入了服务功能单元的概念。 服务功能单元是一类特殊的服务，每个服务功能单元代表着一类具有相似的操作 属性，并且具有相似功能的w e b , 服务。同时还给出了服务功能单元的六元组定义。 将服务功能单元引入到智能流程应用模式，虚拟流程可以表示为有服务功能单元 组成的流程。并且还介绍了服务功能单元在服务组合研究中可以起到的作用。 第四章：智能流程应用模式中的自动流程生成的方法。本章的重点介绍虚拟 流程自动生成的一种规划算法。定义和描述了基于服务功能单元的流程规划过程 以及相应的一种虚拟流程自动生成的规划算法，此规划算法具有较好的容错能 力，能够避免规划陷入死循环，防止规划进入之前的失败状态，在规划进入失败 山东大学硕士学位论文 状态时可以进行规划的回溯，并且在规划过程中引入了启发式搜索。并且分析规 划算法的正确性。在本章的最后我们介绍了如何依据虚拟流程，通过服务发现和 匹配以及确定流程的数据流的方式，生成具体的业务流程的方法。 第五章：组合流程生成器的设计与实现。组合流程生成器是i p v i t a 的核心部 分，也是本文研究的智能流程应用模式中的虚拟流程自动生成方法在i p v i t a 的应 用体现。介绍了组合流程生成器的整体设计和整体的工作流程，还介绍了跟规划 过程相关的服务功能单元的设计。说明了组合流程生成器的五个组成模块：规划 操作选取模块、规划失败回溯模块、初始状态生成模块、b p e l 4 w s 文档生成模 块以及流程生成主模块。分别详述了各个组成模块的实现机制。 第六章：总结。概述了本文研究的主要内容，简单介绍了本文的研究在i p v i t a 系统中的应用，同时指出系统存在的问题和不足。 山东大学硕士学位论文 第二章研究基础 本章简单介绍了自动流程生成可以借鉴的工作流技术和w e b 服务组合技术， 并且简单介绍了我们采用的流程表示语言b p e l 4 w s 。第一节介绍了工作流技术， 简单介绍了工作流管理系统的定义，工作流管理的参考模型，以及动态自适应工 作流的几个主要的研究方面。第二节介绍了w e b 服务组合技术，简单介绍了w e b 服务的定义，w e b 服务组合的定义以及当前自动w e b 服务组合的主要研究领域。 第三节介绍b p e l 4 w s ，简单介绍了b p e l 4 w s 的定义来源以及它的四个主要组 成部分。 2 1 工作流技术 w f m c 给出的关于工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 。w f m s ) 1 】 的定义是“通过使用软件来定义、创建工作流，并且管理其执行。它运行在一个 或多个工作流引擎上，这些引擎解释对过程的定义，与工作流的参与者相互作用， 并根据需要调用其他的i t 工具或应用”。 如图2 1 所示，w f m c 在规范w f m c t c 1 0 0 3 t 2 】中通过对工作流管理系统功 能的模块化划分及定义各个模块间的接e l ，给出了工作流管理的参考模型 ( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) 。该模型认为工作流系统应包括以下组件： 过程定义工具：主要功能是给用户提供一种对实际业务过程进行分析、建模 的手段，并生成业务过程的可被计算机处理的形式化描述( 过程定义) 。 工作流执行服务：工作流执行服务是w f m c i 作流管理系统参考模型中运行 时部分的核心模块，其主要功能是解释工作流模型，创建和执行工作流实例。 工作流客户端应用：它的作用是给用户提供一种手段，以处理过程实例运行 过程中需要人工干预的任务。 被调应用：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。 管理监控工具：其功能是对w o “s 中过程实例的状态进行监控与管理，如用 户管理、角色管理、审计管理、资源控制( 包括过程管理及过程状态控制等) 。 山东大学硕士学位论文 运行耐过程 实饲化丑控 制功能 同用户应 用技件的交 互功能 图2 1 工作流管理系统参考模型 随着工作流技术的不断深入，工作流系统的灵活性和动态性问题越来越突 出。传统的工作流，其工作过程分成两个阶段，即建立阶段和运行阶段。建立阶 段是对一个工作流程进行定义，运行阶段是工作流执行服务对工作流定义进行解 释执行。但现实世界是个多变的世界，一个工作流程在运行阶段不是一成不变的， 因此，传统的工作流系统因缺乏柔性( f l e x i b i l i t y ) 和实用性( a v a i l a b i l i t y ) ，受到 了人们的一些批评。如何使工作流系统具备灵活的动态性和自适应能力已成为目 前工作流管理系统研究的一个热点。在动态自适应工作流的研究中，研究者们已 经探索了j l 种不同的技术手段【3 4 。 ( a ) 采用异常处理的方法，利用e c a ( e v e n t c o n d i t i o n a c t i o n ) 3 , 9 , 1 0 , 1 1 , 1 2 1 规则针 对出现变化要求时的不同情况采用不同的处理策略。e c a 规则要求对每一具体的 异常类别建立相应的规则( 也称为触发器) ，根据发生的异常事件满足一定的条件 去调用相应的动作( 活动，子过程，人工干预等) 。 ( b ) 采用集成外部工具的方法【4 ，通过将外部的群件系统集成到工作流执 行中，以增加工作流系统的灵活性、开放性和与外部交互的能力。 ( c ) 通过提供用户原语或命令操作】，使人们可以方便地干预工作流的执 行。工作流系统通过原语得到这些操作时，经过一定的算法，努力保证修改后的 操作与原来的工作流保持连贯。 ( d ) 通过使用r e f l e c t i o n 方法 7 ，在工作流执行过程中人机不断交互米完成 一个具有动态执行的工作流程。 山东大学硕士学位论文 ( e ) 通过使用一种移交策略描述语言【8 在一个移交策略中定义了一些规 则，以保证新旧工作流能够转换成功。 2 2w e b 服务组合技术 w e b 服务的定义i l3 】是：w e b 服务是一个软件系统，目的是设计用来支持网络 上互操作的机器与机器之间交互的。它具有以机器可以处理的格式 ( w s d l t i s , w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 描述的接口，其他系统按照接口描 述规定的方式通过s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 消息和该w e b 服务交 互，典型情况下，s o a p 消息以x m l 数据串的形式通过使用h t t p 协议结合其 它w e b 相关的标准进行传送。 w e b 服务是建立在x m l ，s o a p ，w s d l n u d d i t l 6 】规范之上的，由于业界广泛 的规范支持，w e b 服务能够彼此通信，发布自己，被发现和调用。当今，大多数 的软件公司都正基于这些新的标准来开发工具，与此同时不断增加的在线服务会 发布。在一个w e b 服务的环境中这些服务变得可获得时，一个新的商机出现了， 这就是提供增值w e b 服务的可能性。增值的w e b 务能通过集成和组合在w e b 上 已有的可获得的基本服务来建立。 w e b 服务组合是指为了特定的业务目标将多个独立自治的w e b 服务按照其 语义及逻辑关系“拼装”起来，以实现高层次的功能聚合 3 5 。服务组合的研究目的 是将多个原子服务组合起来，组成复合服务，完成更加复杂的功能，其研究重点 是服务组合的动态性。 w e b 服务组合是一件非常复杂的工作，复杂性主要体现在下边几个方面【1 7 1 ： ( 1 ) 近几年w e b 服务以极快的速度增多，如今i n t e m e t 上可用w e b 服务的数 量巨大，这大大增加了服务组合和发现的复杂度。 ( 2 ) w e b 服务能够被实时地更新，因此服务组合过程需要在运行时检测服 务更新，并且根据更新后的信息作出决策。 ( 3 ) w e b 服务通常是自治异构的，连接和协调它们以形成组合的服务往往 是一项复杂、耗时的工作。 因此，整个过程都依靠手工的方式进行服务的组合几乎是不可能的，这就要 求以自动( a u t o m a t e d ) 或者半自动( s e m i a u t o m a t e d ) 的方式进行w e b 服务的组合。 山东大学硕士学位论文 当前自动服务组合的研究领域主要有以下几个方面： ( 1 ) 工作流组合( w o r k f l o wc o m p o s i t i o n ) 1 8 , 1 9 , 2 0 ：根据预先定制的流程模 板，结合用户需求，为模板上的任务自动查找到符合要求的服务，增加了服务组 合的灵活性。该类研究从工作流技术的研究延伸而来，开展较早，很多著名的动 态服务组合项目都采用了这种策略，并取得了丰硕的成果。 e f l o w l 2 1 1 是l i pl a b o r a t o r i e sp a l oa l t os o f t w a r et e c h n o l o g yl a b o r a t o r y 发起的一 个项目。e f l o w 模型和系统通过提供一个灵活的，可配置的和开放的方法来进行 服务集成。实际上，e f l o w 提供了一个可适应的和动态的过程模型，使得过程能 透明适应环境中的变化，并根据用户的需要定制服务执行。e f l o w 支持动态提供 者选择，提出了多服务节点和通用节点的概念。提出了事务区( t r a n s a c t i o nr e g i o n ) 的概念，事务区应该以原子方式被执行，如果事务区中的任何一个服务不能成功 完成，那么所有正在运行的服务都被取消，已经完成的服务被补偿。但是e f l o w 的恢复系统也并不十分完善，它对可能出现在系统各个级别上的错误并未提供较 强的检测功能，这使得尽快、全面地发现运行异常成为该系统的个缺点。 m e t r o s 是u n i v e r s i t yo fg e o r g i a 的l s d i s 实验室关于动态语义服务组合的 一个研究项目。其研究目标是为在现有的w e b 服务标准中扩充语义信息，使服 务能够自动或半自动的组合。其主要方法，也是根据预先定制的流程模板( 由添 加语义的b p e l 4 w s 进行描述) ，动态的组合服务。 同时，国内关于服务自动集成研究也比较热门，很多研究机构也开展了动态 服务集成的研究，其中复旦大学的研究者们提出一个动态的w e b 服务引擎 d 3 d s e r v 来实现将已有的服务集成为复杂服务的功能，当涉及到复杂的组合要 求时，也是依据模板进行组合。 基于模板的方法最大的问题在于，设计能够满足各种用户需要的模板是非常 困难的。很多情况下，不同的用户需求需要涉及不同的模板，预先定制的模板很 难保证其适用性。 ( 2 ) 智能规划( a ip l a n n i n g ) 2 2 - 2 5 1 ：使用智能规划算法，根据用户的初始 输入和目标输出，得到原子服务的组合计划，达到动态组合服务的目的。 s h o p 2 t 2 6 ：s h o p 2 是由u n i v e r s i t yo f m a r y l a n d 发起的一个服务集成研究项 目。s h o p 2 是个层次任务网络( h t n 2 8 , 2 9 ) 规划系统，适合与过程模型进行 山东大学硕士学位论文 工作。使用s h o p 2 规划系统可以实现d a m l s 表示的w e bs e r v i c e 的自动组合。 s h o p 2 是一个基于智能规划的服务集成系统。 智能规划算法使用在很多服务动态组合的研究中，是一种理论成熟的技术， 对其进行各种扩充，可以满足各种不同的需要。 ( 3 ) m a r k o v 决策1 27 j ：依据服务之间跳转的概率矩阵，使用适当的代价函数， 采用m a r k o v 决策过程，为用户生成代价最优的决策，达到动态组合的目的。 这种服务组合方法适合随机和不确定环境下的服务动态组合，也是最近几年 新兴的组合方法。其最早出现在论文，国内也有学者对如何使用m a r k o v 决策过 程进行服务组合进行了研究。这种方法最大的好处是简单可靠，时间复杂性低， 不过缺点也很明显，必须经过长时间的学习后，产生的决策过程才更加有效合理， 另外如何定义合适的代价函数，如何针对服务数目众多的情况定义合适的 m a r k o v 模型，也是需要认真解决的问题。 2 3b p e l 4 w s 的概述 b p e l 4 w s 3 0 , 3 1 1 ( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e s ) 是 w e b 服务的业务流程执行语言，其定位是成为整合方面的w e b 服务标准。您可 以创建能够如完成w e b 服务调用、操纵数据、抛出故障或终止一个流程等工作 的不同活动，然后将它们连接起来，从而创建出复杂的流程。这些活动可以嵌套 到结构化活动中，结构化活动定义了其中的活动的运行方式，如是串行或是并行。 它从本质上来说是i b m 的w s f l l 3 2 和m i c m s o f l 的x l a n g l 3 3 】的结合物，目 前已经成为业界标准。w s f l 支持图形化的流程，而x l a n g 在结构化构造方面 有独到的方法，而b p e l 4 w s 正是吸取了两者的优点，同时摒弃了一些复杂繁琐 的部分，形成了一种较为自然的描述商业活动的抽象高级语言。 b p e l 4 w s 语言中的各个元素就好像是传统编程语言中的关键词一样，正是 由这些基本