【毕业学位论文】（Word原稿）BPMN与BPEL双向转换系统的设计与实现及其应用-计算机软件与理论

分类号 密级 编号 中国科学院研究生院 硕士学位论文 向转换系统的设计与实现及其应用 指导教师 魏 峻 研究员 中国科学院软件研究所 申请学位级别 硕 士 学 位 学科专业名称 计算机软件与理论 论文提交日期 2008 年 5 月 论文答辩日期 2008 年 6 月 培养单位 中国科学院软件研究所 学位授予单位 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 谢 冰 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明。 签名： _ 日期： _ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院软件研究所有关保留、使用学位论文的规定，即：中国科学院软件研究所有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；中国科学院软件研究所可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 签名： _ 导师签名： _ 日 期： _中国科学院软件研究所 硕士学位论文 摘要 i 摘 要 随着 业务流程管理 术日益成熟，基于业务流程的开发得到越来越广泛的应用。 由国际标准组织 制定 的业务流程描述语言，制定了 标准化的图形符号 用于 流程 的设计和交流。 面向服务计算中服务复合层重要的技术规范， 持通过组合分布异构的服务形成复杂的业务流程。 型之间存在差异，跨越两者之间的鸿沟实现 无缝转换 是当前服务计算中的关键问题之一。 现有的 换方法 对用户建模限制太大，并且转换后的 能直接部署和运行，自动化程度不高 。现有 换 方法 缺少对复杂 构的转换。 针对这些问题，论文 设计 了 一套 双向模型转换 方法 。 首先分析了 现有 转换 方法 。然后 根据分析结果对 已有的 换方法 进行 扩展 ， 并 着重 解决了 路由 并发多实例 语义分析和转换这一难点问题 ，减少了用户建模时的限制，转换得到的可直接执行的 高了自动化程度 。 在此基础上， 设计了 转换 方法 ， 采取 自 上而下 的 扁平化策略来将嵌套块结构的 制流转换成为平整无层次的流程图结构 ， 其中 分析了 置 不同条件时的语义并 分别 转换 到对应的 构， 解决了复杂 构的转换 。 最后，我们 在流程设计平台 实现了 双向转换 功能 ， 能够将 型转换为 型 ，得到的 件可以 部署和运行在 程执行引擎。 还可以将 型装换为 应用于 擎监控信息的可视化，实现了在 直观、形象的 显示流程监控。 关键词： 务组合，模型转换， 监控 中国科学院软件研究所 硕士学位论文 OA PM of on by to of ML is an in of on it to of is a in of to to of of of To a we on of we on of of R to to of we a We to to of we in be on on to 士学位论文 目录 录 目 录 . 一章 绪论 . 1 究背景 . 1 向服务体系结构 . 1 双向转换 . 2 文工作 . 2 文组织 . 3 第二章 规范介绍和相关工作 . 5 术及规范介绍 . 5 务组合技术 . 5 介 . 6 介 . 11 型转换方法相关工作 . 14 向转换相关工作 . 16 视化流程建模平台 . 17 第三章 双向转换 . 21 转换 . 21 有转换方法分析 . 21 换扩展 . 24 模时极少使用的元素 . 24 用于业务流程设计与分析的元素： . 25 务流程执行时的必需元素 . 25 有多重语义的元素 . 31 展的转换方法总结 . 38 转换 . 39 法思想 . 39 结构的转换 . 39 本活动 . 39 构活动 . 40 . 41 要元素的添加 . 43 织责任区相 关 . 43 形生成和坐标设置 . 43 换完整算法 . 44 中国科学院软件研究所 硕士学位论文 向转换系统的设计与实现及其应用 素的形式化定义 . 44 换算法描述 . 45 换步骤 . 49 结 . 51 第四章 双向转换系统及监控信息的可视化显示的实现 . 53 统概述 . 53 系结构 . 53 向模型转换实现 . 56 要模块及实现 . 56 块 . 56 块 . 59 示案例 . 62 车票预订 程 . 62 试系统 程 . 63 用：监控信息的可视化显示实现 . 66 要模块及实现 . 67 信模块 . 67 控信息模块 . 68 制模块 . 69 形更新模块 . 70 示案例： 取款流程 . 71 第五章 结束语 . 73 文的主要贡献 . 73 来工作 . 73 参考文献 . 75 发表文章 . 79 致 谢 . 81 中国科学院软件研究所 硕士学位论文 绪论 1 第一章 绪论 本章介绍研究背景、论文工作和论文组织。 究背景 二十世纪九十年代末，随着分布式对象技术和 术的发展，出现了务 (术。 务是指那些由 标识的应用组件，其接口和绑定信息可以通过 义、描述和查找；同时， 务通过基于议的 息，可与其它软件、应用直接交互 1。换 言之， 务就是可以通过标准的 议访问的应用组件，它不依赖于特定的硬件、操作系统和编程环境。 通过上述定义可知， 务 提供 了 一种一致化编程模型，从而在企业内外都可以利用通用的 信息 基础设施 和 以一种通用的方法进行 业务 集成 。 务 的出现 使 得业务 集成比以前更快、更容易而且更便宜 ，并且 实现了业务功能的松散集成 。充分 利用现有的语言 、 平台以及 遗留 应用，可以以一种增量的方式来集成和应用 务 。 企业业务集成也因此逐步过渡到以 务为基础的面向服务的体系结构之上，但是，如何在面向服务的 体系结构上实现灵活多变的企业业务集成，成为目前迫切需要解决的一个主要问题 234。在面向服务的体系结构中，需要将企业内部的整个价值链分为较小的服务单元，不仅可以将应用之间的交互标准化，而且可以为业务流程提供更多的灵活性。因此，面向服务的体系结构首先解决了如何描述和组织服务的问题，以便服务可以被动态地、自动地发现和使用。 向服务体系结构 面向服务的体系结构（ 服务计算的一个关键概念，它提供了以面向服务方式构建软件系统的方法。在面向 服务的体系架构（ ，服务提供者将各种计算资源以服务的形式进行封装，并通过定义良好的接口向外部程序提供不同的功能单元，使得应用程序和这些资源能够以一种统一和通用的方式进行交互，而且这种交互是平台无关，语言无关的。 基于 软件系统，使用标准的组织和设计方法，将分散于网络中的一系列共享服务有机地组合起来以满足业务逻辑的需求。通过采用能够隐藏实现细节和复杂性的标准界面，以松散耦合的方式构建应用程序， 够 提高 源的重用率，从而加快了开发速度并能够快速变换以响应业务逻辑的变化。 平台与语言无关特性，使其在分布式计算领域得到广泛使用。 虽然 在 1996 年 就由 司提出 ，但 广泛采用 却是由于中国科学院软件研究所 硕士学位论文 向转换系统的设计与实现及其应用 2 近年来 务的兴起和普及。 务提供了一套基于 服务传输、描述、查找机制，包括 简单对象 传输 协议 务描述 语言 务的 发现和集成 ， 具有平台无关、互操作性强的特点，很好的解决了异构平台环境的互操作问题，从而使 围的跨组织的交互变得异常简单。 务的特点符合 系架构的理念，目前作为 系架构的主要实现 方式被广泛采用。 双向转换 随着业务流程管理 术 30日益成熟，业务流程再一次成为人们关注的重点。现代 一个重要特点就是能够将各种 务编排成可执行的业务流程，执行逻辑可以用某种基于 业务流程执行语言来表达，并直接由业务流程执行引擎执行。 经事实上成为业务流程运行时 描述 语言的标准。 但是 表达的业务流程是非可视化的，当前的实践证明， 抽象级别不适合用于业务流程分析和设计。 为了提高业务人员对业务流程的建模效率，而输出的模型又能适合各种 支 撑软件运行环境， 织提出了业务流程建模符号 一定义了各种元素的图形表示，便于业务人员的理解 。 被 织接受为正式标准，加速了其在业务流程可视化建模方向的发展。 业务流程分析师和设计者更容易接受 种高级别的抽象模式。 型之间存在差异，跨越两者之间的鸿沟实现 无缝转换 是当前服务计算中的关键问题之一。 换 为 业务流程设计人员设计好程后，开发人员只需要经过简单的信息添加，就能够生成可执行的 提高企业业务流程的设计和开发 的 效 率和 自动化程度 。现今已开发出大量的 务流程，但是只是面向流程开发人员。要使流程能够被流程分析和设计者理解和交流，将 型转换到 是必要的，这样大大方便了流程需求的变更，并提高了流程优化的效率。 双向转换系统使 作为一个桥梁来建立业务人员与流程开发人员的交流，达到信息的双向传递。 基于 监控 信息的 可视化 显示 ，就是 模型转换系统的一个应用 。 由于 动节点及属性的对应，使 程的执行信息可以方便的在 上进行可视化监控。 这样， 监控界面更加直观 ，生动和形象 ， 也便于监控和管理 ， 监控人员 从整体上把握而获得信息量更大，更多角色的人员可以参与监控过程。 文工作 首先 我们 扩展现有的 转换方法， 从八个方面对现有 转换方法 进行分析，将其未提供转换的元素分为四类并分别给出解决方案 。 在 换的基础上，设计和实现 了从 转换方法。最后 实中国科学院软件研究所 硕士学位论文 绪论 3 现了监控 信息的可视化 显示 ，作为双向转换 系统 的 应用。 论文的主要工作分为以下几个部分： 1） 从 模型转换 我们从八个方面将 素分类，并得到现 有转换方法对这些元素的转换支持程度。对于未提供转换的元素，可以按照流程需求分为四类，论文 分别对每类元素给出相应的解决方案。最终得到一个扩展的 法。 2） 从 型转换 我们提出了一种自 上而下 的模型转换算法 。转换算法采取扁平化策略来将动转换到相应的流程图结构，嵌套块结构的 制流 通过递归转换 ，将最终成为平整无层次的流程图结构 。 其中块结构的转换分为基本活动，结构活动和 转换。最后为生成的流程图添加 必要元素 。 3） 双向转换系统及其监控信息的可视化显示 的 实现 文章最后给出了 流程设计平台 相关部分的 实现 。 它支持 双向模型转换 ， 换为 可以直接部署和运行在擎中 ，并且可以表达更丰富的业务场景 ；符合规范的 型文件可以在 模工具中生成图形化流程。当 程运行时，可以监听 监控模块的消息，在图形化流程中显示出来。 并 分别 给出了 这 三部分的 演示案例。 文组织 论文第二章 首先 介绍服务 组合技术 ， 然后 介绍 范，并给出 模型转换的 相关工作 ， 最后列出基于 可视化流程建模平台的比较 。 第三章首先 对 现有的 换 方法 进行 了分析 ，得出转换不足 。然后 将未提供转换元素分类并给出 解决方案 。在此基础上，设计了 最后 对 双向 转换 方法 进行总结 。 第 四 章介绍系统实现， 主要 包含 三 个 部分， 换， 控信息的可视化显示 。 并分别给出了演示案例 火车票预订流程， 取款流程。 第 五 章对全文工作进行总结，并对进一步的研究工作提出了展望 。 中国科学院软件研究所 硕士学位论文 规范介绍 和相关工作 5 第二章 规范介绍 和相关工作 本章主要介绍 务 组合 技术、 规范 ，并给出 模型转换和 双向转换的相关工作，列出了一些可视化流程建模平台的比较 。 术及规范介绍 务组合技术 务组合是指为了特定的业务目标将多个独立自治的 务 (称为基本服务 )按照其功能、语义及逻辑关系 拼装 起来，以达到功能聚合、提供新的服务 (称为组合服务 )的目的 28。 务组合方法从组合方案生成方式来分有两大类：静态组合和动态组合。静态组合意味着请求者应在组合计划实施前创建一个抽象的过程模型。抽象的过程模型包括任务的集合以及任务间 的数据依赖关系，每个任务包含一个查询的子句，用来查找完成任务的真正的 务。因此这里的自动仅指 务的选择和绑定是由程序自动完成的。静态组合中最常用的是用图来描述过程模型。而动态组合不仅自动地选择、绑定 务，同时更重要的是自动地创建过程模型。这需要请求者指定一些约束关系，包括 务间的依赖关系、用户的偏好等。 按组合方法抽象层次由低到高 ， 现有的服务组合方法包括手工模式、基于特定的服务组合定义语言模式 和 模型驱动模式等等 34。 很多组织和公司都开发了 务组合语言标准， 其中比较重要的两个语言。 业务流程执行语言 专为整合 务而定制的一项规范标准 1718。它是 结合，目前已经成为业界的规范标准， 获得 准组织通过。 持图形化的流程，而 合了这两者的优点，同时摒弃了一些复杂繁琐的部分，形成了一个较为自然地表 达可执行业务流程的描述语言。作用是将一组现有的服务整合起来，从而定义一个新的 务。它能够将 务调用、操作数据、抛出故障或终止一个流程等不同的活动连接起来，从而创造出复杂的流程，这些活动可以嵌套到结构化活动中，结构化活动定义了活动的运行方式和控制流程。 将一组现有的服务整合起来，从而定义一个新的 务。 2004 年， 织提出了业务流程建模符号（ 统一定义了各种元中国科学院软件研究所 硕士学位论文 向转换系统的设计与实现及其应用 6 素的图形表示 1113，便于业务人员的理解。另外，在软件工具支持下 而由流程引擎直接运行。这样，提高了开发的抽象层次，不同的人员能够工作在自己擅长的抽象层次，紧密合作，提高了工作效率。在 2006 年 2 月， 织接受为正式标准，加速了其在业务流程可视化建模方向的发展 33。 够给业务提供以图形化标记理解其内部业务流程的能力 ，给团体提供以标准化方式来传递这些流程的能力。考虑到个人从一个公司转移到另一个公司，公司也会合并和解散，这就要求业务分析员理解同一业务流程在其开发、实现、执行、监控和分析等的生命周期中的多种不同的表现方式。因此，一个标准的图形标记使组织间的合作执行和业务处理的理解变得容易，这就确保业务人员自己能够理解和参与他们的业务，确保组织能够迅速调整到新的内部及 务环境。 下面我们就简单介绍一下 规范。 介 义了出现在业务流程中的各种元素的图形表示和属性， 用四类基本 建模符号建模业务流程，即组织责任区 、 流对象 、连接对象 和自定义对象。下面分别介绍这些建模符号和含义： 1） 组织责任区（ 通常是用来描述某一特定组织内所涉及到的企业流程，以及与相邻组织的合作关系。有两种类型的 别为 表 1 组织责任区 元素 描述 图形 泳池（ 可以看作一个特定的实体。如公司，它可以由一个或是多个 间通过消息流来进行沟通。 泳道（ 看作 一部分，表示单一组织的流程描述，而两个相邻 是描述组织之间的合作关系。 2） 流对象（ 流对象是流程的节点，包含事件（ 活动（ 及路由（ 事件（ 在业务流程中，事件影响流程运转，通常包括产生的原因（ 事件发生的后果 ( 事件分为三种类型，即开始事中国科学院软件研究所 硕士学位论文 规范介绍和相关工作 7 件，中间事件和结束事件。开始事件和中间事件通过触发（ 描述事件的原因，即触发方式。结束事件则通过定 义结果（ 描述事件结束后的操作。 表 2 事件元素 元素 描述 图形 开始事件 中间事件 结束事件 开始事件表明流程从此处开始执行；中间事件在开始和结束事件之间，能够影响流程的流向，但是不会开始或结束一个流程；结束事件表明流程在此处结束。 事件类型（消息，时间，错误，取消，补偿，规则，连接，混合，结束） 开始和中间事件的类型表明事件产生的原因；结束事件的类型表明流程结束时返回一种结果。 活动（ 活动是用来表示 业务 流程中的 基 本动作的 元素。而根据活动的复杂程度，又可以分为任务（ 和 流程）。 表 3 活动元素 元素 描述 图形 任务 任务是一个自动执行的活动。 收缩状态的子流程 此时子流程内部细节是不可见的，在图形的底部显示一个加号。 中国科学院软件研究所 硕士学位论文 向转换系统的设计与实现及其应用 8 扩展状态的子流程 子流程扩展后，内部细节可见 。 路由（ 通过几个逻辑