（计算机应用技术专业论文）基于免疫理论的迁移工作流实例安全路径规划研究.pdf

i i j 东大学硕士学位论文 摘要 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 通过将 工作活动分解成定义良好的任务 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 为企业更好地实现经营目标提供了先进 的手段 迁移工作流是将移动计算技术引入到传统的工作流管理系统而得到的一种 新技术 基于移动计算范型的迁移工作流系统框架主要由迁移工作流管理引擎 迁移实例和工作位置三要素构成 迁移工作流管理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 工作位置包括停靠站服务器及其相关联的 工作机网络 是迁移实例的运行场所 迁移实例 m i g r a t i n gi n s t a n c e m i 被 定义为任务的执行体 它由工作流引擎生成 可以自主的在合适的工作位置之 间进行迁移 并通过工作位置提供的本地资源和服务执行一项或多项任务 当 迁移工作流实例发现当前工作位置不能满足其执行任务的要求时 可以迁移到 另一个能满足其要求的工作位置上继续执行 迁移工作流路径规划研究是迁移工作流研究中的一个重要方向 它优化了迁 移实例的迁移寻址过程 所谓路径规划是指迁移实例按照某一性能指标搜索一条 从起始状态到目标状态的最优或次优路径 m i 在进行路径规划时 需要根据迁移 实例要完成的任务 工作位置提供的服务能力 网络的安全性 网络的软硬件环 境及其他约束条件等决定最优迁移路径 目前大多数针对迁移工作流路径规划的 的研究工作 一般考虑两方面的因素 资源环境和服务能力 而由于迁移工作流 系统具有智能性 动态性和自主性等各种特性 因此需要从全局的角度反映环境 的动态变化并给出路径规划的解决方法 基于以上研究背景 本文认为路径规划应能感知全局的环境信息 并要能 够反映出系统资源的动态变化 文章根据迁移工作流的系统框架 提出了一种 基于任务序列的全局路径规划和基于服务选优的局部路径规划相结合的路径规 划方法 将路径规划问题转化为多目标优化问题 文章给出了迁移工作流路径 规划实现框架图 并对规划过程进行了描述 基于模糊数学 对工作位置的安 全性用安全系数的概念来描述和量化 基于免疫算法 给出了局部规划的实现 山东大学硕士学位论文 步骤 并对重要的算子和函数进行了描述分析 算法中路径规划采用了基于克 隆的免疫算法 它包含了克隆选择和进化的思想 具有很强的鲁棒性和较好的适 应性 实验结果表明 新算法能提高路径规划效率 为迁移工作流路径规划提出 了新的研究方向 关键词 迁移工作流 迁移实例 路径规划 免疫算法 克隆 i i 山东大学硕士学位论文 ab s t r a c t a sac o n c e p to r i g i n a t e dt o m a n a g et h o s ef i x e da c t i v i t i e so fb u s i n e s s e s w o r k f l o wc a ne x e c u t ea n dm o n i t o rt h e s ea c t i v i t i e s b yd i v i d i n gt h e m i n t o w e l l d e f i n e dt a s k s r o l e s r u l e sa n dp r o c e d u r e s a sar e s u l t w o r k f l o wc a na c h i e v et h e a i ma ti m p r o v i n gt h eo r g a n i z a t i o nl e v e lo fb u s i n e s sa n dw o r ke f f i c i e n c y a n dp r o v i d e a na d v a n c e dm e t h o df o r e n t e r p r i s e st oc a r r y o u tt h e i rb u s i n e s sg o a l sm o r e e f f e c t i v e l y t h em i g r a t i n gw o r k f l o wi san e w t e c h n o l o g yw h i c ha p p l i e sm o b i l ec o m p u t i n g t ot h et r a d i t i o n a lw o r k f l o wm a n a g e n ta r e a i nm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e mt h a tb a s e d o nt h em o b i l ec o m p u t i n gp a r a d i g m t h et h r e ed e m e n t sa r em i g r a t i n gw o r k f l o w m a n a g e n te n g i n e m i g r a t i n g i n s t a n c ea n d w o r k s t a t i o n m i g r a t i n g w o r k f l o w m a n a g e m e n te n g i n ei si nc h a r g eo ft h ed e f i n i t i o no fw o r k f l o wp r o c e s s e s t h e g e n e r a t i o no fm ia n dt h ec o o r d i n a t i o no fm i g r a t i n gi n s t a n c e s w o r k s t a t i o nw h i c h r e f e r st ot h ea n c h o r a g es e r v e ra n dw o r k i n g m a c h i n en e t w o r ki st h ew o r k s p a c eo f m i g r a t i n gi n s t a n c e m i i sd e f i n e d 嬲t h ee x e c u t o ro ft a s k s i ti s g e n e r a t e db y m a n a g e m e n te n g i n ea n dc a nm i g r a t ew i t h i nf a v o r a b l ew o r k s t a t i o n s u s i n gl o c a l r e s o u r c e sa n ds e r v i c e sp r o v i d e db yw o r k s t a t i o ne x e c u t i n go n eo rm a n yt a s k s w h e n m if i n d sc u r r e n tw o r k s t a t i o nc a nn o ts t a t i s f i e st h er e q u i r e m e n to fe x e c u t i n gt a s k m i c a nm i g r a t et oa n o t h e rw o r k s t a t i o nt h a tc a ns t a t i s f i e si t sr e q u i r e m e n ta n dc o n t i n u e e x e c u t i n g t h ep a t hp l a n n i n gr e s e a r c ho fm i g r a t i n gw o r k f l o wi saa ni m p o r t a n tr e s e a r c h d i r e c t i o nw i t h i nt h ew o r k f l o wm a n a g e n ta r e a i to p t i m i z e st h em i g r a t i n gd e c i s i o no f m i g r a t i n gi n s t a n c e t h es o c a l l e dp a t hp l a n n i n g r e f e r st of i n dao p t i m a lo r s u b o p t i m a lp a t hf r o mt h e s t a r t s t a t et o t a r g e t s t a t eo nt h eb a s i so fs o m e f a c t o r o p t i m a lp a t ho fm ii sd e c i d e db yan u m b e rf a c t o r sa sf o l l o w s s e r v i c e s a f e t y h a r d w a r ea n ds o f t w a r ee n v i r o n m e n to fn e t w o r ka n do t h e rc o n s t r a i n t s t w of a c t o r s a r ec o n s i d e r e dg e n e r a l l yi nt h em o s tc u r r e n tr e s e a r c ho nm i g r a t i n gw o r k f l o w i n s t a n c e sw h i c ha r er e s o u r c e s sa n ds e r v i c e s b e c a u s eo ft h ei n t e l l i g e n c e d y n a m i c i i i 东大学硕士学位论文 c h a r a c t e r i s t i c sa n da u t o n o m yo fm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e m w en e e dc o n s i d e rt h e d y n a m i cc h a n g e so ft h ee n v i r o n m e n tf r o ma no v e r a l lp e r s p e c t i v e t o p r o p o s e s o l u t i o n so fp a t hp l a n n i n g o nt h eb a s i so fa b o v er e s e a r c hb a c k g r o u n d w ec o n s i d e rt h a tm e t h o do fp a t h p l a n n i n gs h o u l da p p e r c e i v et h ei n f o r m a t i o no fe n v i r o n m e n ta n dr e f l e c tt h ed y n a m i c c h a n g eo fs y s t e mr e s o u r c e s t h ea r t i c l ep r o p o s e dan e wm e t h o dc o m b i n i n gt h e g l o b a lp a t hp l a n n i n gb a s e do ns e r i e so ft a s k sa n dt h el o c a lp a t hp l a n n i n gb a s e do n p r e f e r e n t i a lc h o i c eo fs e r v i c eb a s e do nt h ef r a m eo fm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e mt h e o p t i m a lp a t hp r o b l e mi s t r a n s f o r m e di n t oam u l t i o b je c t i v e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m t h ep l a n n i n gp r o c e s sa n df r a m e w o r ko fo p t i m a lp a t hp r o b l e mo nm i g r a t i n g w o r k f l o wi n s t a n c e sa r ei n t r o d u c e di n t h i sp a p e r t h es a f e t yf a c t o ri sq u a n t i f i e da n d d e s c r i b e db a s e do nf u z z ym a t h e m a t i c s t h es t e p so fl o c a lp a t hp l a n n i n gb a s e do nt h e i m m u n i t ya l g o r i t h ma r ep r o p o s e di n t h i sp a p e ra n dt h ei m p o r t a n to p e r a t o r sa n d f u n c t i o n sa l ei n t r o d u c e di n t oi t c l o n a l ga n de v o l u t i o na r ea p p l i e di nt h en e w a l g o r i t h m t h i sa l g o r i t h mh a sm u c hb e t t e rp e r f o r m a n c ei nt h ea s p e c t so fr o b u s t n e s s a d a p t a b i l i t y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h en e wa l g o r i t h mc a ni m p r o v et h e e f f i c i e n c yo fp a t hp l a n n i n ga n dp r o v i d ean e w r e s e a r c hd i r e c t i o n k e y w o r d s 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 p a t hp l a n n i n g i m m u n i t y a l g o r i t h m c l o n a l g i v 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 么复迄日 期 塑2 f 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 丛丑鸥导师签名 山东大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景和意义 第1 章绪论 工作流管理是计算机支持的协同工作中的一个重要领域n 1 工作流通过 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 工作流管理可以定义 为是一项集成业务活动 并使其能够自动化 半自动化完成的技术 从而方便 了人机协同 简化了工作复杂度 工作流管理系统在众多c s c w 应用软件中变得越来越流行 需求量不断增 大 同时工作流管理的思想己广泛应用于企业管理和计算机应用的各个方面 已经成为近年来在计算机应用领域中发展最为迅速的几项新技术之一 目前 工作流管理系统己经广泛地应用于办公自动化 c a d 文件管理 电子邮件 目录管理 群件应用 b p r b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g 及结构系统定 义工具等领域 这使得工作流管理系统越来越受到不同应用领域的用户重视 但在应用领域扩大的同时 也带来对工作流管理的新的要求乜1 通过引入移动a g e n t 技术 c i c h o c k i 等 2 提出迁移工作流系统概念 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 不同于只传输信息的传 统客户 服务器模式 移动a g e n t 具有减少网络流量 适合于移动用户 有利于 数据集成 具有并行机制等优点 因此 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 迁移工作流将工作流与移动计算 移动a g e n t 相结合 综合了计算机应 用 人工智能 计算机网络等多方面的知识 是近年来形成的一个重要发展 方向 在基于移动计算范型的迁移工作流系统 中 给出了一个迁移工作流 管理系统框架 该框架由一个迁移工作流管理机和若干个建立友好信任关系 的局域网组成 迁移工作流管理机执行工作流引擎 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 迁移工作流模型中 工作流引擎发起工作流 工作位置接受迁移实例的迁 山东大学硕士学位论文 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资源和工作 流服务 迁移工作流实例是任务的执行主体 它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 当迁移工作流实例发现当前工作位置不能满足其 执行任务的要求时 便携带任务说明书和当前执行结果迁移到另一个能满足其 要求的工作位置上继续执行 下一个工作位置的选择决定于过程目标 当前任 务的要求 工作位置所提供服务的能力以及环境的安全性 迁移实例的可移动性为工作流的执行带来了灵活性 但是由于迁移工作流 系统具有智能性 动态性和自主性等各种特性 它的迁移也为自身和执行主机 带来了相应的各种隐患 因此随着迁移工作流应用领域的扩大 也带来对工作 流管理的新的要求h 迁移实例路径规划概念的提出优化了迁移寻址过程 在现在分布式的结构中 显得尤为重要 文献 5 讨论了m i 迁移域的组织和基于信任的动态迁移寻址 提 出了一种自信任模型 并基于该自信任模型给出了迁移域组织过程和迁移实例的 寻址框架 m i 的迁移域是为m i 提供一项或者多项服务的工作位置的集合 是迁移 工作流运行的环境 迁移域的组织就是从联盟中所有工作位置到迁移域的映射 文献 6 提出了基于旅行图的自主规划机制 并给出了基于蚁群算法的搜素策略 这些工作在迁移寻址方面都进行了有益的探索 但是由于迁移工作流系统具有智 能性 动态性和自主性等各种特性 因此上述方法都没有从全局的角度反映环境 的动态变化并给出路径规划的解决方法 目前 对迁移实例路径规划的研究工作 大多针对迁移效率和迁移可靠性 而对于安全方面的考虑很少 并且没有涉及安 全路径的自主规划问题 本文认为路径规划应能感知全局的环境信息 并要能够反映出系统资源的 动态变化 所谓路径规划是指迁移实例按照某一性能指标 如安全性 服务能力 负载等 搜索一条从起始状态到目标状态的最优或次优路径 m i 在进行路径规 划时 需要知道各个工作位置的状态及其提供的服务的信息 然后根据这些信 息进行迁移决策 因此 迁移实例的路径规划也可以看做是不停迁移寻址的过 程 基于以上研究背景 根据迁移工作流的概念模型和迁移工作流系统参考框 架 文章提出了一种基于任务序列的全局路径规划和基于服务优选的局部路径 2 山东大学硕士学位论文 规划相结合的路径规划方法 将模糊数学和免疫算法应用到迁移实例路径规划 过程当中 优化了迁移实例的迁移寻址过程 文章给出了迁移工作流路径规划实现框架图 并对规划过程进行了描述 基于模糊数学 对工作位置的安全性用安全系数的概念来描述和量化 将免疫 算法应用到路径规划中的局部规划中 对算法的实现步骤 编码方案以及重要 的算子和函数进行了分析 算法中包含了克隆选择和进化的思想 具有很强的 鲁棒性和较好的适应性 实验结果表明 新算法能提高路径规划效率 为迁移 工作流路径规划提出了新的研究方向 1 2 本文的研究工作与创新 1 2 1 本文的研究工作 本文的主要研究工作是迁移工作流系统迁移实例的安全路径规划研究 对 迁移实例路径规划进行了问题描述 并给出了其数学模型 将免疫算法应用其 中 给出了迁移实例路径规划的框架和实现过程 并根据数学模型给出了算法 实现 并对主要算子进行了分析 本文所做的工作主要有以下几方面 1 介绍了工作流管理系统及移动a g e n t 技术 并详细介绍了由两者结合 而形成的新的研究领域一基于移动a g e n t 的迁移工作流系统 2 将自主规划的思想引入迁移工作流技术 给出了迁移实例路径规划的 问题描述 提出数学模型 3 给出迁移实例路径规划的实现框架和过程 将免疫算法应用于局部路 径规划中 给出算法实现 4 对文章提出的算法进行实验仿真 并对关键实现技术进行了分析描述 1 2 2 论文的创新点 想 在上述所做工作中的主要创新点有 1 提出迁移实例安全路径规划的概念 并提出全局规划与局部规划的思 2 将安全路径规划问题转化为多目标优化问题 进行智能决策 对安全 3 山东大学硕十学位论文 性用安全系数的概念进行评价 同时对安全系数用模糊数学的方法进行量化 3 将免疫算法应用应用到迁移实例的路径规划规划中 对路径规划中的 局部路径规划进行了算法实现 1 3 本文的组织与结构 本文围绕迁移工作流系统的迁移实例安全路径问题进行讨论 其具体组织 如下 第一章 介绍了工作流技术当前发展现状 阐述了迁移工作流系统的研究 背景 最后给出了本文所做的主要工作创新以及本文的组织 第二章 介绍了工作流的概念及相关技术 讨论基于移动a g e n t 的迁移工 作流管理系统的整体框架 对迁移工作流的概念模型 系统框架等进行了详细 介绍 第三章 介绍相关的研究工作 包括免疫理论及免疫算法 多目标优化问 题以及安全系数的量化等相关内容 论述了免疫算法的基本概念及常用的算法 第四章 提出一种文章提出了一种基于任务序列的全局路径规划和基于服 务选优的局部路径规划相结合的路径规划方法 给出迁移实例路径规划的实现 框架和过程 并提出其数学模型 并将免疫算法引入其中 给出了算法实现 第五章 对算法实现进行实验仿真 并对关键实现技术进行了分析描述 第六章 对本文提出的想法和实现内容进行总结 并提出了下一步的研究 方向 4 山东大学硕十学位论文 第2 章迁移工作流系统 工作流技术是进入9 0 年代以后计算机应用领域的一个新的研究热点 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 目前 被广泛地应用于办公自动化 o a 文件管理 电 子邮件 群件应用 业务流程重组 b p r 等领域 工作流管理可以定义为一 项集成业务活动 并使其能够自动化 半自动化完成的技术 从而方便了人机 协同 简化了工作复杂度 现阶段工作流技术的主要特点是实现人与计算机 协作过程的自动化 使人以及各种应用工具之间协调工作 以完成某项任务 7 o 同时 近年来移动a g e n t 的迅速发展 为工作流管理系统的构建提供了更 多选择 移动a g e n t 具有能够减少网络流量 适合于移动用户 有利于数据集 成 具有并行机制等优点 非常适合于工作流管理系统的构建 通过引入移动 a g e n t 技术 c i c h o c k i 等 2 1 提出迁移工作流系统概念 迁移工作流是将工作流与移 动计算 移动a g e n t 相结合 综合了计算机应用 人工智能 计算机网络等多 方面的知识 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 本章主要介绍迁移工作流管理系统 首先介绍工作流管理系统和移动 a g e n t 技术 然后重点介绍了基于移动计算范型的迁移工作流管理系统 2 1 工作流管理系统 2 1 1 工作流定义 无论政府还是企业都会关注各职能部门的办公效率 并逐步实现职能域的 最优化 技术和组织结构管理学的发展使得资金流 物流和生产效率大大提高 对各种标准化办公软件 如文字编辑软件 邮件 内部信息公告板 的推行起到 了重要的作用 随着职能域的局部优化 各职能部门之间的协调成本日益凸显 出来 而工作流管理技术则为解决这个问题提供了出路 i ii 东大学硕士学位论文 企业在进行业务处理时 政府在进行公文审批时 都是以流程形式而进行 的 随着业务流程的信息化 企业 政府也将这些业务处理 公文审批的过程 信息化了 在此过程中 工作流管理系统应运而生 掀起了一股工作流管理系 统的热潮 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动提出的一个概念 通过将 工作活动分解定义成良好的任务 过程 角色和规则来进行执行和监控 达 到提高生产组织水平和工作效率的目的 工作流技术为企业更好地实现经营 目标提供了先进的手段 1 9 9 3 年 国际工作流管理联盟 w o r k f l o w m a n a g e m e n t c o a l i t i o n w f m c 的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 工作流管理联盟给出的工 作流定义是 8 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 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 上述工作流非形式化定义说明了这样一个问题 即工作流是经营过程的 一个计算机实现 而工作流管理系统则是实现这一系统的软件环境 使用工 作流来作为经营过程的实现技术首先要求工作流系统能够反映经营过程的如 下几个方面的问题 1 经营过程是什么 由那些活动 任务组成 也就是结构上的定义 2 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 3 由谁来做 人或者计算机应用程序 也就是组织角色的定义 4 做的怎样 通过工作流管理系统对执行过程进行监控 在实际情况中可以更广泛地把所有由计算机软件系统 工作流管理系统 控制其执行的过程都称为工作流 工作流通常用于过程自动化 通过将文档 信息或任务按照预先定义好的规则和流程在参与者之间进行传递 从而帮助 用户实现或完成整个经营目标 工作流技术可以支持企业实现对经营管理和 生产组织的过程控制以及决策支持 能够实现现代企业 在适当的时间把适 当的信息传给适当的人 的要求 工作流系统还可以提供系统日志功能 这 6 i j 东大学硕士学位论文 种日志记录对于进行企业经营过程运转情况的事后分析和流程优化提供了十 分重要的数据 综上所述 工作流主要是用来描述经营过程的 因此 一个工作流就可 以看成是企业的一个具体的经营流程的抽象或者图示化的表示 经营过程的一 个定义是 9 定义2 2 一个经营过程是为了实现企业某个经营目标的一个过程 它在部 分或者全部组织机构和人员的参与下 利用企业资源 包括所需的处理设备 通 信设备计算机硬件 软件等 按照预先确定的规则 在参与者和组织机构之间 进行文档信息 任务的传递和处理 包括经营决策 从而实现预定的经营目标 2 1 2 工作流管理系统的定义 在明确了工作流基本概念的基础上 给出工作流管理系统的定义 w f m c 给出的关于工组流管理系统的定义是 1o 定义2 3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 简称w f m s 经过对业务 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 业务交互逻辑对应为业务的流转过程 在工作流管理系统中相应地提 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问题 业务处 理逻辑对应为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相 应地提出了表单设计器与表单的集成来解决业务处理逻辑问题 参与者对应为 流转过程中参与各环节的人或程序 在工作流管理系统中通过与应用程序的集 成来解决参与者问题 工作流管理系统通过对业务 公文流转进行分析以及抽象 将不变和变化 的部分进行划分 用户可轻松地通过可视化的工具对事项的流程 流程环节涉 及的人员 角色 流程环节的表单 流程环节的操作进行修改 从而到达了应 对不断变化的需求的目的 而工作流管理系统提供的流程监控 查询统计模块 更是极大程度地为用户优化流程提供了支持 提高了企业 政府的工作效率 7 山东大学硕士学位论文 图2 1 工作流管理系统的功能特征 图2 1 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 2 1 3 工作流建模方法 工作流系统成功的关键在于向其输入的工作流的质量 因此下面给出工作 流的建模方法 工作流管理系统建立阶段的功能主要完成经营过程的计算机化 的定义 在这个阶段 利用一个或多个建模技术与工具 完成实际的经营过程 到计算机可以处理的形式化定义的转化 所得到的定义通常可称为过程模型 过程模板 过程元数据或过程定义 因此 在工作流管理系统建立阶段主要完 成过程建模工作 在w f m c 定义的工作流管理系统中 将过程建模得到的结果 通称为过程定义 工作流模型 也称作是过程定义 是经营过程的计算机化的形式表示 它定 义的是过程运行中会涉及到的各种参数 如业务过程的开始和终止条件 各个 工作环节及相互之间的控制流动与数据流动关系等 主要的工作流模型有过程 模型 基于p e t r i 网的模型 1 1 对象模型 语言动作理论 事务模型 1 2 1 等 各种 模型都有各自的描述工具 这些描述工具从总体上可分为图形和语言两种 图 形描述工具有有向图 条件化有向图 p e t r i 网等 语言描述工具有基于约束条 件的形式语言 基于目标的知识表示 w p d l 等 i i 东大学硕士学位论文 2 1 4 工作流技术的现状和发展趋势 工作流技术从提出到现在正在逐步发展 并取得了一定的成果 但从工作 流管理系统的实际应用状况来看 还存在着某些缺点而未能获得广泛的应用 这与工作流技术仍处于发展阶段有着密切关系 通过研究当前存在的问题有助 于更好地解决问题 从企业用户应用的角度来看 当前存在的主要问题有 1 工作流的运行必须要有底层的通讯基础结构的支持 但目前能够实现 分布式计算环境的工作流产品在实际应用中仍然显得不够成熟 在安全性 容 错性 可靠性等方面还不能充分满足企业要求 2 工作流管理系统在企业中的实现和应用具有相当的复杂性 3 目前的工作流管理系统对系统运行中出现的并发访问和资源冲突缺乏 正确可靠的支持 4 工作流管理系统的性能尚不能满足用户要求 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 1 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u 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 e p 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 技术的出现 有效地弥补了r p 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 技术基础 a g e n t 的研究起源于人工智能领域 1 a g e n t 是指模拟人类行为与关系 具 9 山东大学硕士学位论文 有一定智能并能够自主运行和提供相应服务的程序 随着网络技术的发展 可 以让a g e n t 在网络中移动并执行 完成某些功能 这就是移动a g e n t 的思想 2 2 1 移动a g e n t 概念 移动a g e n t 是在智能a g e n t 的基础上发展而来 智能a g e n t 被认为是一个 具有内部心智状态和自治能力的独立运行体 智能a g e n t 的概念相当广泛 计 算机程序 自动化装置 机器人等都可认为是一种智能a g e n t 一般地 认为 智能a g e n t 应当具有适应性 自治性 可通信性 感知和反应能力 主动性 持久性 推理和学习能力 移动性等几方面的特性 1 4 1 2 0 世纪9 0 年代初g e n e r a lm 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 移动a g e n t 是一个能在异构网络中自主地从一台主机迁移 到另一台主机 并可与其他a g e n t 或资源交互的程序 它实际上是a g e n t 技术 与分布式计算技术的混合物 移动a g e n t 技术将服务请求a g e n t 动态地移动到服务器端执行 使此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送 降低了系统对网络带宽的依赖 移动a g e n t 不需要统 一的调度 由用户创建的a g e n t 可以异步地在不同节点上运行 待任务完成后 再将结果传送给用户 为了完成某项任务 用户可以创建多个a g e n t 同时在 一个或若干个节点上运行 形成并行求解的能力 此外 它还具有自治性和智 能路由等特性 1 5 定义2 4 移动a g e n t 是一个活动的 自主的计算实体 能够代表一个网络 用户的利益 在一定的网络环境中迁移 通过与环境的交互来实现用户指定的 任务 而且移动a g e n t 能够在执行到某一点时挂起自身 将代码传递到另外的 网络节点上去继续运行 1 6 1 移动a g e n t 特别适合移动应用的开发 原因主要如下 1 7 1 移动a g e n t 具有自治性 它们不需要由外部条件激活来开始 工作 交流和发送事件 2 与客户服务器结构的r p c 个r o i 机制相比 移动a g e n t 需要更窄的 网络带宽 1 0 i i i 东大学硕士学位论文 3 由于减少了应用程序的网络等待 所以移动可以表现出更及时的相应 时间 4 a g e m 天生就是异构的 在处理主机的多样性时 它们解决了移动应 用必须支持的设备和平台的多样性所带来的大部分问题 5 移动a g e n t 具有自治性和异部性 它们可以轻松处理断续网络连接带 来的问题 6 移动a g e n t 适应能力极强 从移动a g e n t 的概念的提出起 其独特的对象传递思想和卓越的特性给分 布式计算乃至开放系统带来了巨大的革新 2 2 2 移动a g e n t 系统组成 移动a g e n t 系统由移动a g e n t 署n 移动a g e n t j 艮务器两部分组成 移动a g e n t n 艮务器 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 j 丘信语言a c l a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e 相互通信并访问服务设施提供的服务 移动a g e n t 在主机上的工作过程如下 1 a g e n t 程序到达主机 如果此主机能够进行并行处理并且 a g e n t 平台能 够支持多个主机同时处理程序 那么a g e n t 就为刚到达的新a g e n t 建立一个程序 否则 主机就中止正在运行的a g e n t 然后开始执行新的a g e n t 2 主机支持代码 数据和状态的重绑定 a g e n t 继续执行下一条命令 正 如前面提到的 状态有两种 数据状态和执行状态 3 当执行a g e n t 操作或把a g e n t 迁移到其他主机时 必须把现行指令执行完 毕 4 主机把a g e n t 代码 数据和状态集合起来 然后以独立主机的格式把它 们封装成报文 5 把报文传输到准确的目的地址 也可以先把它发送到包含目的地址的 邮局 然后再传送到目的主机 6 目的主机接收报文返回到第l 步 移动a g e n t 服务器向移动a g e n t 提供的服务有 山东大学硕十学位论文 1 为移动a g e n 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 一般地 运行环境具有两大类功能 向移动a g e n t 提供运行支持 及服 务器通过运行环境对移动a g e n 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 n t 迁移提供支持 移动a g e n t 的迁移离不开服务器的参与 移动a g e n 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 n 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 n t 以及系统 中的其他对象 移动a g e n 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 n t 提供的其他服务 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 n t 所代表的计算模式则是 将计算移向数据 的模式 2 2 3 移动a g e n t 在工作流管理系统中的应用 移动a g e n t 是a g e n t 技术与分布式计算技术相结合的产物 兼有a g e n t 技 术与分布式计算技术的双重特性 因此具备了自主性 协作性 移动性 智能 型 安全型以及自学习能力等特点 移动a g e n t 中的关键要素主要包括 1 代码和状态是具有迁移性的 2 移动a g e n t 具有自治性和异步性 1 7 因此 移动a g e n 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 1 2 山东大学硕士学位论文 可在数据源处进行 从而减少了大量原始数据传送到远地的操作 提高了网络 的利用率 因此 将移动a g e n t 技术引入迁移工作流管理系统中 具有以下优 占f 1 8 别 n 1 移动a g e n 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 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 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 g e n t 是进行无缝系统集成的最佳选择 2 移动a g e n t 具有很强的健壮性和容错能力 移动a g e n t 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 6 提供自主性 一方面 作为移动a g e n t 的基本特征 自主性使得工作 流管理a g e n t 可以根据当前的环境与自身的状态 决定下一步的进程以及操作 另一方面 每个参与者可以通过改变本地的数目来影响工作流的执行过程 获 得相应的本地自主性 7 有利于提高工作流系统的柔性与实用性 移动a g e n t 由于具有一般 1