（计算机软件与理论专业论文）基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用.pdf

中山大学硕士学位论文 基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 专 业：计算机软件与理论 硕士生：龚炜 指导教师：李磊教授 摘要 随着企业信息化的普及，业务流程管理系统在企业中的应用越来越广泛，然 而，业务环境的动态变化，企业实际业务执行的时间限制给业务流程本身的管理 能力，建模能力带来的新的挑战。首先，我们的业务流程系统必须能够有效的对 时间信息进行建模，比如：在特定的时间做特定的事情。其次，由于业务流程系 统的复杂性，系统中的时间信息也特别复杂，如何对系统中的时间约束的一致性 进行有效的验证确保流程在定义阶段的j 下确性，这也是一个非常重要的工作。 时间是事物的一种基本属性，鉴于实际业务的需要，将时间作为一个维度引 入到全局流程集成平台中，来表示业务流程中的时态信息，提高业务流程的表达 能力。 本文在业务流程模型的基础上引入了状态，事件，事件之间，状态之间的相 对时间约束，和事件上的周期时间约束。在模型定义阶段，将具有相对时间约束 的业务流程模型转化为时间自动机，根据时间自动机的状态之间的可达性来验证 模型的一致性。 在系统运行阶段，用事实和规则来描述模型中的时间约束，将流程模式上的 相对时间约束转化为流程实例上的绝对时间约束，对模型进行动态验证以及推理 运行中的时间约束是否满足。同时也提供了在运行阶段用规则对具体实例添加绝 对时间约束的方法，来增强动态变化的业务所必须的柔性支持。 最后，本文给出了模型的实现方案，并以一个案例研究介绍了模型的应用 方法。 关键字：业务流程，时态信息，时间自动机，规则，全局流程集成平台 t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f t e m p o r a li n f o r m a t i o nb a s e d o n g l o b a lb u s i n e s sp r o c e s si n t e g r a t i o np l a t f o r m m a j o r ：c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y n a m e ： g o n g w c i s u p e r v i s o r ：p r o f l il e i a b s t r a c t w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t s y s t e mi su s e dm o r ea n dm o r ew i d e l yi nt h ee n t e r p r i s e ，h o w e v e r , t h ed y n a m i cc h a n g e s o fe n v i r o n m e n t ，t h et i m el i m i t a t i o no fa c t u a lb u s i n e s sa r en e wc h a l l e n g e st ot h e m a n a g e m e n ta n dm o d e l i n ga b i l i t yo fe n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s s e s f i r s to fa l l ，t h e e f f i c i e n c yo f b u s i n e s sp r o c e s s e sr e q u i r e sb u s i n e s sp r o c e s s e sc a nb ee f f e c t i v e l yc a r r i e d o u to nt i m ei n f o r m a t i o nm o d e l i n g b u s i n e s sp r o c e s sm o d e lw i l lb ei m p a c t e db y t e m p o r a lf a c t o r sb e c a u s eo ft h ea c t u a ln e e d s s e c o n d l y , b e c a u s eo f t h ec o m p l e x i t yo f b u s i n e s sp r o c e s s e s ，t h es y s t e mt i m ei n f o r m a t i o ni nas p e c i a ls y s t e mi sv e r yc o m p l e x i ti sav e r yi m p o r t a n tt a s kt h a tt ov 嘶匆t h ec o n s i s t e n c yo ft h et i m eb e h a v i o rs oa st o e n s u r et h ec o r r e c t n e s so fd e f i n i t i o np h a s e t i m ei saf u n d a m e n t a la t t r i b u t eo ft h i n g s i nv i e wo ft h ea c t u a lb u s i n e s sn e e d s ，w e l e a dt h et i m ea sad i m e n s i o ni n t ot h eg l o b a lb u s i n e s sp r o c e s si n t e g r a t i o np l a t f o r mt o e x p r e s st h et e m p o r a li n f o r m a t i o ni nb u s i n e s sp r o c e s s e sa n de n h a n c et h ea b i l i t i t yo f e x p r e s s i o no ft h eb u s i n e s sp r o c e s s i nt h i sp a p e r , w ee x t e n dt h eb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l sw i t ht h er e l a t i v et i m ec o n s t r a i n t s a n dt h ec y c l et i m ec o n s t r a i n t i nt h em o d e ld e f i n i t i o np h a s e , w ew i l lu s et i m e d a u t o m a t at ov 嘶匆c o n s i s t e n c y i nt h es y s t e mo p e r a t i o np h a s e ，t h er u l e si su s e dt o d e s c r i b eo ft h et i m ec o n s t r a i n t st or e a l i z et h ed y n a m i cm o d e lv e r i f i c a t i o na n d i i i 中山人学硕士学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 r e a s o m n g f i n a l l y , ac a s es t u d yi ss h o w n t oi l l u s t r a t et h ea p p l i c a t i o no ft h em o d e l k e y w o r d s ：b u s i n e s sp r o c e s s e s ，t e m p o r a li n f o r m a t i o n ，t i m e da u t o m a t a ，r u l e s ，g l o b a l b u s i n e s sp r o c e s si n t e g r a t i o np l a t f o r m i v 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。对本文的研究作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：雩毕 同期：zc 7 口7 年j 月b 日 学位论文使用授权声明 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：墨) c 昏 日期：矽1 年，月be t v 导师签名： 日期：妒1 中山大学硕上学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着计算机网络技术的迅速发展，特别是在i n t e r n e t 迅速普及的情况下， 企业信息系统的分布性，异构性，和自治性的特征越来越明显，计算机的处理模 式发生了巨大的变化，从集中式处理到向分布协作式处理发展。在这种新的处理 模式中，应用系统不仅要处理单个任务，还要能够控制，监视，和支持处理过程 的逻辑，即管理组织机构内部的业务流程。 业务流程的含义很广，最早使用于制造业，用于指导生产。牛津英语大字 典对流程的定义是：一个或一系列连续有规律的动作，这些行动以确定的方式 发生或执行，导致特定结果的实现【n 。迈克尔哈默说：业务流程是把一个或多 个输入转化为对顾客有价值的输出的活动；达文波特说：业务流程是一系列结构 化的可测量的活动集合，它为特定的市场或特定的顾客产生特定的输出；斯切尔 说：业务流程是在特定时间产生特定输出的一系列客户、供应商关系【2 1 ；文献e 3 】 把企业中的业务流程定义为社会分工的演变的产物，它是为了实现企业某个经营 目标的一个过程，即在部分或者全部组织机构和人员参与下，利用企业资源，按 照预先确定的业务规则，在参与者和组织机构之间进行文档，信息和任务的传递， 并进行日常任务处理和经营决策从而实现预定的经营目标。 以业务流程处理为核心的系统称为“业务流程管理系统 ，它不同于传统的 “管理信息系统”。“业务流程管理系统 除了管理机构运作中产生的信息之外， 还要管理这些运作的过程。 一个运作的机构中既定的业务步骤就形成了机构特有的业务流程。然而，业 务环境的动态变化，企业实际业务执行的时间限制给业务流程本身的管理能力， 建模能力带来的新的挑战。首先，我们的业务流程系统必须能够有效的对时间信 息进行建模，业务流程中的模型由于实际的需要都会受到时态因素的影响，比如： 在特定的时间做特定的事情。其次，一个满足业务流程控制逻辑却违反特定时间 限制的业务活动是没有实际意义的，如何对定义的流程模型的时间约束的一致性 进行有效的验证也是一个非常重要的工作。最后，对于一个处于运行中的流程的 中山大学硕上学位论文基于全局流程集成甲台时态信息的研究和应用 具体实例，验证它是否满足时间约束或者是否违反时间约束也是一个非常关键的 工作，同时由于实际业务的特殊性要求，某个具体的实例的时间约束要求并不完 全与业务流程的时间约束一致，这就要求我们的业务流程系统能够具有一定的柔 性，适应业务多变的需求。 1 2 研究内容与选题意义 时间管理已经成为当今业务流程产品实施的重大难题，实际的业务大多具有 时间限制，时间违反将增加业务成本。所以，实施业务流程管理需要处理时间问 题，确保流程执行满足过程的时间约束h 1 。时间管理的关键在于时间信息的有效 建模，而当今的业务流程管理产品对时间约束考虑的相对简单，并缺乏有效的一 致性验证，同时流程中的时间约束在流程定义之初就已经确定，是以一种预先固 定好的模式和结构提供给用户，在流程运行期问不能动态的更改，缺乏相应的柔 性。 鉴于实际业务的需要，将时间作为一个维度引入到业务流程的模型中，来表 示业务流程中的时态信息，提高业务流程的表达能力。一 本文立足于中山大学软件研究所的研究课题全局流程集成平台，全面系 统地研究业务流程模型中事件，状态等元素的时态特性，并提供描述模型元素的 时态属性的方法，来加强平台的功能，对推动平台的实际应用有重要作用。1 本文的研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 对时间信息的进行有效的描述，时间信息的基础元素有时间点，时间区 间，时间段，周期时间，所有的时间表示都由这几种基本形式构成。 ( 2 ) 给出业务流程中各元素的时间约束的形式化表述，并解释相关的含义。 ( 3 ) 给出基于时间约束的业务流程模型转化为时间自动机的算法，并用基于 时间自动机的工具验证模型的一致性。 ( 4 ) 用规则描述时间约束违反规则和时间约束的推导规则，并用事实描述系 统验证和推导所需要的流程信息和时间相关的信息。 ( 5 ) 给出系统的实现方案，并将实现的系统与g b p i p 集成，将时态约束信息， 验证规则和推导规则全部定义在的规则文件中，不与g b p i p 耦合，具有一定的 柔性，在实际运行过程中可以根据实际业务的需要动态的添加，修改事实和规则。 2 中山大学硕士学位论文基于全局流程集成- 甲台时态信息的研究和应用 1 3 论文组织结构 本文章节的组织结构如下： 第一章介绍论文的研究背景，研究内容与选题意义。 第二章介绍相关的业务流程的产品，以及相应业务流程产品对时间管理的研 究，分析相关的不足和缺陷，提出本文的研究内容。 第三章首先提出本文要解决的问题，定义相关的模型，介绍时间自动机的语 法和语义，提出在定义阶段将基于时间约束的业务流程模型转换为时间自动机的 算法，将验证这个模型定义阶段一致性的问题转化为验证时间自动机可达性的问 题；在流程实例运行阶段，利用规则描述时间约束的推理过程。 第四章首先简单的介绍基于时间自动机的验证工具u p p h a l ，介绍如何使用 这个工具验证模型。再简单介绍基于c 1i p s 的规则引擎j e s s ，利用j e s s 的脚本 语言来描述模型中的时间约束，流程模式信息，流程实例的信息以及推导过程中 的处理时间约束的规则。最后从设计的角度给出实现方案，并与g b p i p 集成。 第五章案例分析，结合一个实际的例子来说明模型定义阶段的验证方法，和 运行阶段的描述推理过程的规则，以及用规则对流程实例的时态信息进行动态修 改。 第六章总结和展望，首先对本文的研究工作做个系统的总结，接着提出展望 和进一步的研究内容。 3 中山人学硕上学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 第2 章背景知识及研究现状 2 1 业务流程的研究 2 1 1 业务流程建模 业务流程模型( p r o c e s sm o d e l i n g ) 的主要目的是建立结构化模型元素及规范， 使其能够对复杂的流程结构与关系予以抽象表达，并通过所建模型使读者可对业 务流程达成一致的理解【5 1 。围绕以上几个特征，出现了许多描述业务流程模型的 方法： p e t f i 网 p e t r i 网【2 】由德国学者p e t r i 于1 9 6 2 年提出，作为描述系统元素的异步并发操 作的工作模型，p e t r i 网在计算机，电子机械，化学，物理等许多领域都有广泛 的应用。p e t r i 完全是从过程的角度出发为复杂系统的描述与分析设计的一种有 效建模工具。基本p e t r i 网模型的结构元素包括：用圆表示的库所( p l a c e ) ，用长 方形表示的变迁( t r a n s i t i o n ) 及带箭头的弧( a r c ) 。库所用于描述可能的系统局 部状态( 条件或状况) ，例如，计算机和通讯系统的队列、缓冲、资源等。变迁使 用矩形标识，用于描述修改系统状态的事件，例如，计算机和通信系统的信息处 理、发送、资源的存取等。有向弧可以从库所节点指向变迁节点，或者从变迁节 点指向库所节点，表示库所和变迁之间的关系，弧使用两种方法规定局部状态和 事件之间的关系：它们引述事件能够发生的局部状态；由事件所引发的局部状态 的转换。 在p e t r i 网模型中，系统的动态特性使用令牌( t o k e n ) 标识，令牌表示为包含 在库所节点中的圆点，它们在库所中的动态的变化表示系统的不同状态。如果一 个库所描述一个条件，它能包含一个令牌或不包含令牌，当一个令牌出现在这个 库所中，条件为真；否则，为假。在一个业务流程中，令牌可以表示一个案例。 有限状态机 有限状态机( 或称有限自动机) 是具有离散输入与输出的系统的一种数学模 型。系统可处于有限个内部“状态 的任何一个，系统的当前状态概括了有关过 5 中山大学硕上学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 去输入的信息，这些信息对于在后来的输入上确定系统的行为是必需的。状态机 是对系统的动态行为，即对单个对象的生命期进行建模。在有限状态机模型中， 一个状态是指在对象的生命期中对象满足的某个条件或状况。一个事件是对一个 在时间和空间上占有一定位置的有意义的事情的规格说明。一个转换是两个状态 之间的一种关系，它表明对象在第一个状态中当特定事件发生或特定条件满足时 进入第二个状态，在转换中可以附加动作【1 1 。 有限状态机模型( f i n i t es t a t em a c h i n e ，f s m ) 是一个五元组( s ，e ，万，n 。 其中s 代表状态集，e 代表事件集，转换万：s x e - - s ，初始状态s o d ，终态 集合f s 。转换万的语义是：对象处于源状态s ，某个事件e 被触发，如果触 发满足一定的监护条件，则对象的状态变成s 对象一开始处于初态，最后到达 某一个终态0 ，。 2 1 2 业务流程系统 工作流管理联n ( w f m c ) 对工作流的定义：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【8 】。工作流管理系统是一个软件系统，它完成工作流的定义 与管理，并按照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。 元模型( m e t a m o d e l ) 通常称为定义表达模型的语言的模型。工作流的元模型 是用于描述工作流内部的各个元素、元素之间关系及元素属性的 9 】。工作流管理 联盟为过程定义开发了一个基本的元模型，涉及相关联的3 个元模型，其核心 是过程定义元模型。 ( 1 ) 过程定义元模型：模型元素用于定义业务过程，控制工作流的执行。 ( 2 ) 组织机构元模型：描述单位、部门、人员的组织关系以及所担当的角色。 ( 3 ) 相关数据元模型：工作流“生产 和“消费”的数据以及它们的流动关 系。 s p d m 模型以表单中心来定义流程，将表单在其生命周期中的变化过程抽象 为一系列状态的转换，基于确定有限自动机模型做了一系列扩展，使其更适合业 6 中山大学硕士学位论文 基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 务流程的描述。主要做了如下扩展【1 1 ： 对状态转换的约束条件进行扩展，使其包含权限约束、消息约束以及规 则约束。消息约束是为了支持两个或多个流程进行交互，并作为交互的 逻辑关系描述；规则约束是一个逻辑表达式，用于描述当一个转换被触 发时所需满足的约束条件；权限约束从用户操作的角度定义了对状态转 换的限制，状态转换的约束条件满足时表示一个对应的事件可以被触发， 事件触发导致状态的转换。 将状态转换过程的动作扩展为一段逻辑程序处理。s p d m 模型有别于经 典有限状态机模型描述的对象，前者往往在某业务操作触发过程中需要 执行比“动作 语义更复杂的逻辑，例如更新数据库或作一个复杂的运 算等。 在状态转换过程发送消息。在s p d m 模型中，只能在状态转换中发送消 息( 特指用于流程交互的消息) ，消息被正确地发送到目标流程后，在后 续的某个转换中起作用；另外，发送过程是瞬时完成的，不考虑延迟。 在状态上接收消息。s p d m 模型采用状态表示表单在其业务流程中的驻 留点，表单在某个状态下所拥有的全部信息都是可持久化的，即状态是 稳定的，也只有在这段持续期才能接收来自不同流程的交互消息。 参考操作系统中的进程调度理论，把表单在运行时刻可能经历的各种隐含状 态归纳和统一，形成表单调度理论，用以对表单被调度和执行的全过程进行描述。 2 2 时态知识的研究 2 2 1 时间模型 日常生活中，时间每时每刻都存在，如何量化和确定时间这关系到如何确定 时间模型，时间模型一般可以分为三种【1 0 】【3 0 】： 连续模型：把时间同构于实数，每一个实数对应于一个时间点，任意两个时 间点之间存在一个时间点。 步进模型：把数据的状态看成时间的函数，时间点上的数据发生变化时才记 录状态的变化。 7 中山大学硕上学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 离散模型：把时间同整数映射起来，且在相邻的两个时间点之间不存在另外 一个时间点，任一时间点有前驱时间点和后继时间点。 恒定模型：对某些数据没有充分考虑值随时间变化的情况，当发生变化时， 就采用最新值进行替换，比如：住址，工作单位等。 2 2 2 时态关系 a l l e n 1 1 1 指出一1 3 种时间区间的关系，每个基本区间关系描述了两个时态区 间之间的确定关系，若要描述不确定的时态关系可以用一组基本区间来表示，由 于a l l e n 区间代数允许任意组合这十三种基本时态关系，因此任意两个区间之间 的关系代数可能有2 1 3 种时态关系，时态区间之间的时态关系如表2 1 所示： 表2 1 时态区间之间的时态关系 r e l a t i o n m e a n i n gs y m b o ls y m b o lf o ri n v e r s e xb e f o r e yx x x y y y x e q u a ly x x x y y y x m e e t s yx x x y y ymm l x o v e r l a p s y x x xo0 l y y y x d u r i n g y x x xdd i y y y y y xs t a r t s yx x xss 1 y y y y y xf i n i s h s yx x x f6 y y y y y 时间点之间的时态关系一共有3 种：“b e f o r e ”，“a f t e r ，“e q u a l s ”，时间点 之间的时态关系如表所示： 8 中山人学硕士学位论文 基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 表2 - 2 时间点之间的时态关系 r e l a t i o n m e a n i n g b e f o r e ( p ，q )p 比q 早发生 a f t e r ( p ，q )p 比q 晚发生 e q u a l s ( p ，q )p 与q 同时发生 2 2 3 相关应用 时态信息已经成为许多新一代数据库的关键技术，时态数据库中引入了有 效时间和事务时间，时态数据库不同于普通的数据库，即可以回滚数据库又具有 历史查询的能力【1 2 1 。 事件在特定的时间发生，事件与事件之间的关系也在特定的时间存在。因此， 在许多基于知识问题求解的过程中象规划，预测与决策，诊断，自然语言理解、 程序正确性证明及并行计算等，时间的概念起着极为重要的角色f 1 3 】。在人工智能 领域，时态推理也得到了广泛的应用。 2 3 业务流程中时态信息的研究现状 时间是事物的一种基本属性，世界上许多事物都与时间相关，时间管理在项 目管理，车间管理，人工智能，时序数据库与实时软件工程学科已经研究多年【4 j 。 应用领域的不同使得上述领域的时间信息建模和相关技术都不适用于业务流程 系统。对于业务流程领域的时间信息建模，无一例外基于p e t r i 网或者活动图。 李慧芳，范玉顺基于实际工作过程对时序约束的要求，提出了时间约束的工 作流网( t i m i n gc o n s t r a i n tw o r k f l o wn e t ，t c w f n e t ) 模型，它将时间约束p e t r i 网( t i m i n g c o n s t r a i n tp e t r in e t s ，t c p nn e t ) 有机结合，完整地描述了工作流系统 中业务实例的到达时间，活动实例的使能时间，活动可执行的期限时间以及获得 执行延迟【1 4 】。通过对t c w f n e t 的可调度性进行分析验证一个给定的工作流 系统是否满足是否满足过程实例的时间约束，对具体各个活动或整个过程执行期 限的单个过程实例系统，进行时间可达性仿真，验证时间约束的合理性，发现不 可调度活动以定位违反的时间约束，通过修改或松弛过程条件或特定活动的时间 9 中山大学硕：仁学位论文基于全局流程集成甲台时态信息的研究和应用 约束使工作流实例强可调度。 杜栓柱【1 5 】等人通过分析t w f n e t 模型不足之处，认为基于时间p e t r i 网工作 流模型( t w f n e t ) 通过对变迁设置时间对可以较好地描述同一个流程中单个实 例的静态时间约束关系，但是不能描述同一个流程中多个实例间存在的时间约 束，不能描述变迁触发完成需要的持续时间等，鉴于此，他建立了一种新的时间 p e t r i 网工作流模型扩展时间p e t r i 网工作流模型( x 孙f n e t ) 通过构建规则， 可将多个n n e t 合并为一个x t w f n e t ，以描述并行流程中的时间约束；通过 引入与时区相关的时间映射函数，x t w f n e t 可以描述分布与不同时区的流程。 以上两种模型均基于p e t r i 网，t c w f n e t 模型仅仅考虑了变迁中的相对时间 约束，而x t w f n e t 模型在t c w f n e t 模型的基础上引入了时区的概念，而这两 种模型对流程中的时间约束的考虑均比较简单。 e d e r 基于赋时活动图，建立包含活动属性的工作流模型，如活动执行延迟， 截止期限，固定日期以及时间距离约束【1 6 】。e d e r 定义每个活动的执行的延迟时 间，而每个活的执行的延迟时间均是固定的，根据关键路径的算法求出每个活动 的最早完成时间和最晚完成时间，来验证是否满足活动事件之间时间距离的约 束。图2 - 1 表示赋时工作流图的活动节点。 图2 - 1 赋时工作流图的活动节点 j i n j u nc h e n 和y u ny a n g 1 7 等人通过定义工作流图中的每个活动以及活动间 的最小执行延迟，最大执行延迟，运行时活动的开始时间以及结束时间，运行时 活动的实际执行延迟，同时定义了两个活动问的时间距离的上界和下界，对模型 进行建立时的验证和运行时的验证，以满足相关的时间约束。 m a j a n o v i c i s 基于工作流图模型，描述活动执行延迟的上界和下界，同时定 义了活动开始结束的截止期限约束，时间距离约束，并通过对运行引入关键点对 1 0 中山大学硕士学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 模型进行动态的验证。 以上三种模型全部基于活动图，e d e r 的赋时活动图中的活动的执行延迟是 固定的时间。j i n j u nc h e r t 的模型中活动的时间不是固定的，同时也考虑到了多个 活动的时间距离约束，但是验证时间约束的方法是在运行阶段验证的，m a j a n o v i c 的模型考虑到了相对时间和绝对时间的约束，但是相对时间的约束也是在运行阶 段进行验证的。后两种模型没有提供在定义阶段对模型进行验证的方法。 徐浩【1 9 】将业务流程中的时间约束问题转化为一个时间约束可满足问题 ( t e m p o r a lc o n s t r a i n ts a t i s f a c t i o np r o b l e m ) ，来验证业务流程中的时间约束的一致 性。但是这种业务流程模型中没有考虑循环结构。 b r i s b a n e 2 0 1 用a l l e n 的十三种时态关系表示业务流程中的任意两个活动之 间的关系，形成一个时态约束网络，并提出了相关的算法来验证网络的一致性。 这种模型中的前驱活动和后继活动之间并没有严格的先后关系，后继活动可以在 前驱活动结束之前开始，活动之间的时态关系是一种定性的关系。 王远，范玉顺【2 l 】以时态逻辑为基础，用一阶逻辑描述工作流模型及其时间 信息，用时态逻辑c t l ( c o m p u t a t i o n a lt r e el o g i c ) 描述工作流的时序约束，用模 型检测算法对时序约束进行验证和分析。但是这种验证方法是将时间用时间片表 示，当时间片过多是，系统状态空间增多，验证效率较低。 2 4 全局流程集成平台时态扩展的目标 全局流程集成平台是一个供系统开发人员使用的基于流程的开发框架，它是 中山大学软件研究所在软件工程领域关于应用开发框架的研究和应用。 全局流程集成平台基于s p d m 模型，以表单为中心，根据表单生命周期中 的状态变化来描述流程，以一阶谓词逻辑作为各类约束的定义手段，以消息作为 流程交互的方式，能够有效复杂的业务流程建模突出的问题【l 】。在全局流程集成 平台中引入时态约束，进一步提高模型的表达能力。先说明文中经常会用到的两 个概念【1 】： 模式：一个业务流程，也称为一个模式，它是一个表单在其生命周期中所有 变化的描述性定义，因此以s p d m 描述的业务流程图也称为模式图。 例：例是模式的实例化。 中山大学硕士学位论文 基于伞局流程集成平台时态信息的研究和心用 那么某一类表单可以看作模式，而某一个表单实例可以看作例。 那么文中经常提到的流程模式就是表单对应的业务流程图，而流程实例就是 具体的一个表单实例调度时，其表单变化的描述，因此一个表单实例对应一个流 程实例。 2 5 小结 本章从业务流程系统的研究现状入手，介绍了几种常见的业务流程模型和业 务流程系统，同时介绍了有关的时态知识的研究现状，之后介绍了业务流程系统 中的时态约束的研究现状。最后指出本文的研究目标在全局流程集成平台中 引入时态约束，使得s p d m 模型在时态约束方面具有很好的表达能力。同时介 绍了s p d m 模型中的两个基本概念模式与例。 1 2 中山大学硕士学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 第3 章基于时态约束的业务流程模型 3 1 时态知识的相关概念 从人们日常生活中来看，时间是每时每刻存在的，连续发生的，从计算机科 学的角度来讲，如何量化时间和确定某个时间点或者时间段，这关系到如何确定 时间模型。 3 1 1 时间点 如果将非负实数半轴看做一条时间直线( 简称时间轴) ，则其上的每一个实 数点就称为时间点【2 2 1 ，基于点的时间将时间点离散化，把时间看成一个孤立的 点，用于描述现实世界某个事件发生的时间。在本文中时间粒度精确到秒。 3 1 2 时间区间 所谓时间区间是指事件发生或者命题成立的时间段，一个时间区间可以通这 个时间段开始和结束的时间点来表示，表示为i = ( a ，b ) ，a 和b 分别表示时间段的开 始和结束。 3 1 3 相对时间 相对时间表示某个时间点与另外一个时间点的差值，比如起床2 小时后开始 吃饭，则开始吃饭的时间比起床的时间点晚2 个小时，2 个小时就是一个相对时 间。 3 1 4 绝对时间 绝对时间表示一个确定的时间点，例如2 0 0 9 年3 月1 5 同8 点l o 分3 0 秒。 中山大学硕上学位论文 基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 3 1 5 周期时间 实际生活中有时候要用到周期时间，比如每天早上8 点到下午5 点。日历是 一个连续时间段的可列集【2 3 】。通常日历由年、月、日、小时等几个元素描述。 给定日历a 和q ，若。的每个时间段正好能够用有限个。的时间段描述，则 称。是c 2 的子日历( s u b c a l e n d a r ) ，记为o c 2 。例如是时间段为天的日 历，g 跏t h 是时间段为月的日历，显然一个月可以由有限个天来描述，因此c 如 是g 伽m 的子日历。本文采用文献【2 3 】给出的周期表达式定义方法。 给定日历白，c ，g ，周期表达式p 定义为 尸= ：。o i g ，c d ， 其中o t = a l l ，卵2 n 砒u a l l ，g c _ g _ l ( 2 f 刀) ，c d c _ c ，r e n a t 。 符号前面标识了一个时间间隔( i n t e r v a l ) 的起始点集合，后面的，o 则 标识了每个时间间隔的长度。例如，a l l y e a r s + 3 ，7 ) m o n t h s 2 w e e k s 表示每年 3 月和7 月开始持续2 周的无限个时间段。 3 2 模型详述 3 2 1 全局流程集成平台的时态信息 在实际需求中，全局流程集成平台要涉及到很多时态信息，比如：表单在 2 0 0 9 年4 月1 日1 1 点2 2 分0 1 秒进入某个状态，流程中的某个事件在某个时刻 触发。 定义：绝对时间点( a b o s l u t et i m ep o i n t ) a t p ，是时间维中的一点用 y 仆压d h m s 来表示，取值范围如下： y ：表示年用四位数字表示，四位数； m ：表示月，用两位数字表示，取值范围0 1 1 2 ； 1 4 中山大学硕士学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 d ：表示日，用两位数字表示，取值范围0 1 3 1 ； h ：表示小时，用两位数字表示，取值范围0 0 2 3 ； m ：表示分，用两位数字表示，取值范围0 0 5 9 ； s ：表示秒，用两位数字表示，取值范围0 0 5 9 ； 绝对时间点构成的集合用a t p s 表示。 定义：绝对时间区间( a b o s l u t et i m ei n t e r v a l ) a t i ，用于表示两个绝对时间 点确定的一段时间，a t i = ( x ，y ) ，且x e a t p s ，y a t p s ，x y ( 用” 表示两 个时间点之间的关系，这里表示y 不早于x ) 。绝对时间区间集合用a t i s 表示。 在一个流程中我们有时候会限制一个流程的结束时间，表单进入某个状态后 必须在某个时间范围触发某个事件，比较流程从开始到结束不能低于2 天。 定义：时间段( t i m ed u r a t i o n ) t d ，是时间维中两个时间点的距离，一般 大于等于零，用于表示时间维中起点不固定的时间区间。单位可以是y ，m ，d ， h ，m ，s ，分别表示年，月，日，小时，分钟，秒，还可以根据单位进行相互 转换。时间段构成的集合用t d s 表示。 定义：时间段区间( t i m ed u r a t i o ni n t e r v a l ) t d i ，是一个二元组t d i = ( x ， y ) l x t d ，y e t d ，x y ) ，这里“”表示两个时间段之间的关系，时间段x 长 度小于或者等于时间段y 。t d i s 表示时间段区间集合。 时间段可以和绝对时间点进行加减运算。 定义：函数仃：t d i s a t p s a t i s ，用于将一个时间段区间根据一个绝对 时间点转化为绝对时间区间。 定义：函数m ：t d i - - 一t d ，m ：t d i t d ，m 和m 分别获得一个时间段区 间上的最小值和最大值。 在表单流转过程中，有时候我们会限制表单只允许在一个周期性的时间内处 理，比如新建表单只允许在每个工作日8 ：o 卜1 2 ：o o 进行。对于周期时间的定 义借鉴3 1 节的说明。比如这里表示每天上午8 点到1 2 点可以用 a l l y e a r s + a l l m o n t h s + a l l w e e k s + 1 9 1 * 9 5 ) d a y s + 8 ) h o u r s 3 4 h o u r s 来表示。 对于绝对时间区间或时问段区间( x ，y ) ，允许y 用“+ ”表示，如果是 绝对时间区间，这个二元组表示，从时间点x 开始以后的时间，如果是时间段区 中山大学硕士学位论文基于全局流程集成甲台时态信息的研究和应用 间，则表示两个时间点之间的距离大于等于x 。 3 2 2 时间约束定义 全局流程集成平台基于有限状态自动机建模，主要描述表单的生命周期中状 态的变化，业务流程中的状态用于标识表单的例在某个时刻所具有的流程属性的 集合，状态的变化由事件产生，事件是指某一个时刻所能引发表单状态改变的事 件的抽象化描述。在全局流程集成平台中每个事件对应一段业务处理程序，事件 都是由用户的参与而产生的，而用户的操作带由随机性，因此，我们理论上认为， 表单在任何状态上都会持续一段时间，同时，假设程序的执行是一瞬间完成的， 所以事件的触发是一瞬间完成，不消耗时间。 因为表单的某个状态会持续一段时间，我们对一个流程中的每个状态定义两 个时间点。在定义相关的时间约束之前定义两个集合：状态集合s t a t e s ，事件集 合e v e n t s 。 3 2 2 1 时间函数定义 定义：函数b ：s t a t e s a t p s ，函数e ：s t a t e s a t p s ，使得对于vs es t a t e s ， b ( s ) ，e ( s ) 分别表示表单进入状态s 和离开状态s 的时间。注意，这两个时间的具 体的值依赖于实际流程的例，这两个时间是绝对时间。 由于表单在离开开始状态时被创建，进入终止状态时停止调度，因为表单不 会进入开始状态，也不会离开终止状态，所以可以认为b ( s ) = e ( s ) ，如果s 是开始 状态或者终止状态。 定义：函数t ：e v e n t s a t p s ，t ( e ) 表示在表单上发生事件e 的时间，注意， 这个时间的具体的值依赖于实际流程的例，。 3 2 2 2 事件时间约束定义 定义：事件的时间约束函数e v e n t c f ：e v e n t s - - - r t i s ，使得对于ve e v e n t s ， e v e n t c f ( e ) 将事件映射到一个相对时间区间d ，因为一个事件总是依赖于一个状 态，假设这个状态为s ，则事件e 的有效触发时间是一个绝对时间区间t r ( d ，b ( s ) ) 。 这个约束表示表单在进入某个状态后必须在特定的时间范围内触发。 1 6 中山大学硕士学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和心用 3 2 2 3 状态时间约束定义 定义：状态的时间约束函数s t a t e c f ：s t a t 鹤一t d s ，使得对于vs es t a t e s ， s t a t c c f ( s ) 将一个状态映射到一个时间段t d 上，表示表单在状态s 上的持续时间 不能超过时间段t d 。这个约束表示表单在进入某个状态后不能在这个状态上停留 超过时间段t d 。 3 224 状态问的时间约束定义 定义：状态间约束函数m s t a t e c f ：s t a t e s xs t a t e s t d i s ，使得对于vs l ， s 2 s t a t e s ，m s t a t e c f ( s l ，s 2 ) 将一个流程模式中的两个状态映射到一个时间段区间 t d i 上，表示某个表单在进入状态s l 后，经过调度进入s 2 状态所花费的时间段 必须大于等于m ( t d i ) d , 于等于m ( t d i ) 。 这个约束表示表单在连续进入两个状态的时候必须满足某些时间的限制，比 如：可以通过在一个流程的开始状态和终止状态上定义时间约束来限制某个表单 从开始创建开始到运行到终止终止状态不能超过指定的时间。 3 2 2 5 事件问的时间约束定义 定义：事件间的约束函数m e v c n t c f ：e v e n t s x e v e n t s - t d i s ，使得对于v e l ， e 2 e v e n t s ，m e v e n t c f ( e l ，e 2 ) 将一个流程模式中的两个事件映射到一个时间段区 间t d i 上，表示某个表单在调度过程中，如果事件e 1 发生，则由e 1 发生到e 2 发 生所花费的时间段必须大于等于m ( t d i ) d x 于等于m ( t d i ) 。 这个约束表示在表单上连续发生两个事件的时候必须满足某些时间的限制， 比如：可以通过在一个“公文“的流程中定义一个公文从 起草“开始到 二审 “必须在指定的时间范围内完成。 注意：对于事件之间的约束和状态之间的约束，如果到第二个事件发生时， 第一个事件没发生，或者到表单进入第二个状念时候，表单没有进入第一个状态， 这个约束无效。 3 2 2 6 事件周期时间约束的定义 定义：时间周期时间约束函数c t c f ：e v e n t s p s ，使得对于ve ee v e n t s ， m e v e n t c f ( e ) 将事件映射到一个周期时间区间p 上，表示事件只能在周期时间范 围内发生。 另外还有一种周期时间点的约束，比如：某个事件只允许在每年每月每日 1 7 中山大学硕士学位论文基于全局流程集成平台时态信息的研究和应用 1 2 ：0 0 以后发生，其实可以转化为一个周期时间区间约束，每年每月每日1 2 ： o o 至2 4 ：0 0 发生。 一般流程中还会有绝对时间的约束，比如：某个事件只允许在某年某月某日 某时某分发生，或者之前之后发生，这种约