基于停靠站的迁移工作流模型

基于停靠站的迁移工作流模型

1迁移工作流模型根据文献，在移动业务流模型中，任务执行的主题称为移动实践，这是在执行过程中根据静态工作流描述、本地规则和策略以及用户决策的结果进行操作的一部分。例如，当移动示例请求之前的操作位置不能满足其执行任务的要求时，执行路径的描述和当前执行结果可以移动到另一个可执行的工作位置，以执行当前的任务。然后，选择下一个工作位置以满足任务目的和当前任务要求时，以执行以下任务。流程的选择取决于流程目标和当前任务要求。当业务流程由多个事务流程组成，并根据不同的事务流程生成与业务流程对应的不同事务流程时，不同的事务流程可以在不同的工作位置生成，并且首先必须在工作位置执行。因此，移植流程模型极大地提高了工作流系统适应动态环境的灵活性，特别是需要大量的数据输入和远程服务调用的业务流程。由于迁移实例的工作行为在许多方面类似于移动agent,因此,Cichocki等人在倡导迁移工作流概念的同时,基于移动agent概念研究了迁移工作流的事务属性,但既没有给出迁移工作流模型的清晰定义,也没有具体揭示迁移工作流管理系统应该具备的体系结构,例如工作流服务站的体系结构、迁移域组织、迁移实例寻址方法等.与此同时,也有不少研究者在研究分布式工作流管理问题时,引入了移动agent概念,但他们或者没有给出迁移实例的明确定义,或者描述的可迁移体系结构不够清晰.针对上述问题,本文在下面的第2节中首先给出了迁移工作流模型的定义;然后在第3节和第4节中提出了一个包括工作位置、迁移实例和工作流引擎三要素的迁移工作流管理系统框架结构,讨论了其中的停靠站结构、迁移实例结构、迁移域组织和管理、迁移寻址等关键技术,简述了迁移实例的生命周期过程;第5节给出了一个实验例.本文最后提出了迁移工作流领域尚待解决的若干问题,以期引起对这一新领域的关注和进一步研究.2迁移工作流的定义按照国际工作流联盟的定义,工作流是业务流程的全部或部分自动化,在此过程中,文档、信息或者任务按照一定的过程规则流转,实现组织成员间的协调工作以期达到业务的整体目标.在研究工作流管理时,通常将一个业务流程分解为若干个相对独立的业务过程,并用业务过程之间的关系表示工作流的执行顺序.一个业务过程由若干定义完善的活动(或任务)、资源及它们之间的逻辑关系组成.活动是一个面向目标的主体工作步骤的有规则序列,这些规则包括条件、迭代、与-分解、与-合并、或-分解、或-合并.活动关系包括串行、并行、反馈,活动方式可以是自动或人工干预.执行活动关系及这些有规则的工作步骤序列便可实现业务流程的全部或部分自动化.定义1.业务过程BP是一个五元组(BPid,G,A,R,C),其中,BPid是业务过程标识;G是业务过程BP的目标;A=〈{a1,a2,…,an},AR〉,其中,ai=〈{step1,step2,…,stepk},SR〉表示活动,i=1,2,…,n,stepj是工作步骤,j=1,2,…,k,SR=(causality,iteration,and-split,and-join,or-split,or-join)是定义在ai上的工作步骤关系;AR=(serial,parallel,feedback)是定义在集合A上的活动关系;R=〈{r1,r2,…,rm},{aiXrj}〉是与A关联的资源集合,其中,aiUrj表示活动ai使用资源rj,aiCrj表示活动ai产生资源rj,i=1,2,…,n,j=1,2,…,m;C是定义在A和R上的资源协调机制,用于解决活动进行期间的共享资源冲突.到目前为止,对什么是迁移工作流研究界尚未给出一个统一的定义.本文基于移动计算范型和国际工作流联盟的定义,将业务流程的全部或部分自动化解释为多个迁移实例之间的分布式协同过程,每个迁移实例执行一个目标相对独立的业务过程BP.定义2.迁移工作流MWF是一个四元组(Wid,MI,WP,Engine),其中,Wid为迁移工作流标识;MI={mi1,mi2,…,min}是迁移实例的集合,每个迁移实例mi∈MI执行一个目标相对独立的业务过程BP;WP={wp1,wp2,…,wpm}是所有迁移实例可能的工作位置集合;Engine={Gmi,Gwp}是面向业务流程目标的工作流引擎,其中,Gmi定义在迁移实例集合MI和工作位置WP上,它不仅掌握所有工作位置的资源状况与服务能力,能够依据业务流程的总目标和子目标,规划何时、何地与如何创建或派生迁移实例,而且掌握所有mi∈MI的工作需求、外部特征和当前状态,能够实施对迁移实例工作的协调和管理;Gwp定义在集合WP上,它负责工作位置的组织和管理,并协调多个迁移实例抢占同一个工作位置时的冲突.根据定义1和定义2,当将业务过程BP映射为一个迁移实例,并且保证每个迁移实例都能得到可靠的工作流服务时,可做出如下定义.定义3.迁移实例mi∈MI是一个八元组(miid,TL,t,MP,p,S,ToL,MC),其中,miid为可认证的迁移实例标识;TL=({〈t1,R1,S1〉,〈t2,R2,S2〉,…,〈tn,Rn,Sn〉},Schedule)是迁移实例携带的任务说明书,包括任务列表{〈t1,R1,S1〉,〈t2,R2,S2〉,…,〈tn,Rn,Sn}和任务调度Schedule两部分.其中,任务ti对应BP中的活动ai,i=1,2,…,n,Ri是任务ti的资源需求,Si是任务ti的服务需求,Schedule是依照目标预先定义的任务执行关系AR;t为迁移实例mi当前正在处理的任务,t∈TL;MP为允许mi迁移的工作位置集合,MP⊆WP;p为迁移实例mi当前所处的工作位置,p∈MP;S为迁移实例mi的当前状态;ToL为迁移实例mi的生命周期;MC为迁移实例mi的工作机,包括任务执行与中止、多任务协调、当前工作状态捕获、当前位置上资源与服务的可满足性检测、迁移查询、决策与迁移、自身安全保护等.定义4.工作位置wp∈WP是一个四元组(wpid,WPS,WPR,WPC),其中,wpid为可认证的工作位置标识;WPS={〈ws1,server1〉,〈ws2,server2〉,…,〈wsm,serverm〉}是wp为所有迁移实例mi提供的工作流服务集合,每个工作流服务包括服务能力ws和服务主体server两部分,服务实体可以是人、计算机程序或其它工具;WPR={wr1,wr2,…,wrn}是wp为迁移实例提供的资源集合;WPC是wp的服务引擎,包括接受迁移实例的查询并作出应答,迁移实例的认证、接受与激活,本地服务与资源的调度、执行与协调,本地安全保护等.3迁移寻址过程在迁移工作流系统中,工作位置是迁移实例的运行场所,每个工作位置都必须是可认证的,并且为迁移实例提供可靠的本地服务,同时还要预防恶意迁移实例对本工作位置的攻击.因此,与传统的工作流管理系统相比,工作位置管理是迁移工作流系统中的一个特殊问题.分析表明,当一个机构的工作流程按照业务功能关联度进行组织,并且设置自顶向下的层次机构实施对业务过程的运行和管理时,由于业务性质的相近性,许多业务过程只在一定的范围内发生.基于上述认识,本研究利用树型结构实施对迁移域的管理,并称作迁移树.迁移树中的节点表示工作位置.迁移树中的子树按照工作流服务和资源关联度自底向上生成.下面给出迁移树的定义,并提出基于迁移树的先辖域后近邻域的迁移寻址原则.定义5.迁移树Mtree是m(m>0)个工作位置的有穷集合WP,并且在WP上定义了一个关系OR,关系OR满足下述条件:(1)有且仅有一个节点wpr∈WP,它对关系OR来说,没有前驱.节点wpr称作迁移树Mtree的根.(2)除节点wpr外,WP中的所有节点对于关系OR来说,有且仅有一个前驱.以任何一个前驱节点为树根的子树都对应一个或几个相对独立的业务过程BP的工作域.(3)对除节点wpr外的任何节点wp∈WP,都存在一个由〈wpi-1,wpi〉∈OR构成的路径,其中i=1,2,…,s,wps=wp.定义6.对于迁移树Mtree中的任一关系〈wpf,wps〉,wpf叫做wps的父节点,wps叫做wpf的儿子节点.由wpf的所有儿子节点组成的子树集合称做wpf的辖域.定义7.对于迁移树Mtree中的任一非叶子节点wp,它的兄弟节点辖域称作节点wp的近邻域.迁移寻址原则当迁移实例mi需要迁移时,它依据自身携带的可迁移位置表MP,首先在其当前位置的父节点辖域内寻址.若寻址失败,则在其父节点的近邻域内寻址.如果仍然得不到合适的工作位置,则沿其父节点向上并且按照先辖域后近邻域的原则寻址,直至得到合适的工作位置或寻址失败.迁移寻址过程简述如下:MigrationSearch.设迁移树为Mtree,迁移实例为mi∈MI,允许mi迁移的位置集合为MP.1.设mi的当前工作位置是wp,wp的父节点为wpf,wpf辖域内有l个工作位置wp1,wp2,…,wpl.记wpf的兄弟节点集合为Sb.记mi的当前任务为t,t的服务需求为s,资源需求为r.s1←s,r1←r;maxpair=(Ø,Ø);Forj=1,2,…,ldo如果wpj≠wp并且wpj∈MP,则记其服务能力为fj,资源能力为rj;若fj⊇s1并且rj⊇r1则{记wpj为候选目标位置;maxpair←(fj,rj);s1←fj;r1←rj;}Endfor如果maxpair≠(Ø,Ø),则wpnew←maxpair中标记的候选位置,寻址成功.2.如果步1寻址失败并且wpf的邻域集合Sb不空,则依次对Sb中wpf的兄弟节点的辖域重复步1;3.如果步1和步2寻址失败并且wpf不为根节点,则wpf←wpf的父节点,重复步1和2;否则寻址失败.4迁移实例工作机的构成本研究设计的迁移工作流系统框架可示意为图1,它由一个迁移工作流管理机和若干个已经建立友好信任关系的局域网互联组成.迁移工作流管理机执行工作流引擎Engine(见定义2),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.其中,停靠站服务器是迁移实例的工作位置,它接受迁移实例的迁移查询和迁移请求,并且在迁移实例到达后为迁移实例提供工作流服务和资源服务.在特殊许可时,停靠站服务器还可以创建和杀死迁移实例.停靠站服务器地址对所有迁移实例和所有其它停靠站来说都是位置透明的.迁移实例所需要的工作流服务和资源服务由与停靠站服务器连接的各工作机提供,按照分布式对象原理,提供方式可以区分为复制和引用两种类型.本研究采用对象复制结构而不采用对象引用结构,其理由是在局域网环境下,传输速率已经不是瓶颈问题,而复制结构不仅可以减轻工作机执行迁移实例服务的负担,保证各工作机有能力独立地执行迁移工作流服务以外的其它工作,而且对迁移实例来说,容易将从停靠站服务器到局域网所有工作机的连接设置成黑箱,从而阻止不良迁移实例对工作机的干扰和威胁。按照图1所示的迁移工作流系统框架和工作位置定义4,构建停靠站服务器的核心问题是令服务引擎管理一个服务主体表,并且使每个服务主体都关联不同的服务功能表和服务资源表,以便响应迁移实例的查询,并完成工作流服务和工作资源从工作机到停靠站服务器的的在线复制,如图2所示.服务主体是停靠站服务器所在局域网中工作机的映射,功能表和资源表是相应工作机功能和资源的映射,所有工作机的服务和资源映射代表了停靠站服务器的综合服务能力,它们构成迁移实例是否愿意迁移到该停靠站服务器的判据.在迁移实例mi成功创建之后,所有允许mi迁入的停靠站服务器(包括创建者)将根据mi的服务和资源要求动态地为mi生成一个服务目录,创建者同时为mi复制生成一个临时服务库(包括功能服务和资源服务),如图2所示.服务目录与迁移实例具有相同的生命周期ToL,临时服务库将在mi申请迁入(包括初始生成)时创建,离开后释放.除工作流服务之外,服务引擎的功能还包括迁移树管理,以便实现与其它停靠站之间的通信,接受迁移实例查询并做出响应,迁移实例的认证、接受与工作启动,本站服务与资源的调度、执行与协调,迁移实例安全与本地安全保护等.为了图形简洁,上述功能模块并未在图2中示出.按照定义3,迁移实例必须携带一个静态的任务表和一个许可迁移位置表.每个任务都关联相应的服务需求表和资源需求表,如图3所示.迁移实例工作机除了负责在当前工作位置调度和执行任务外,还要负责任务管理和迁移管理,包括标识当前位置和当前任务,记录当前任务的状态,记录任务的完成历史,检测(扑获)当前位置对服务需求和资源需求的不满足状态,并根据检测结果和许可迁移位置表进行迁移查询、路由选择等.当然,与外界的通信和对自身的安全保护也是迁移实例工作机的重要职责.本文不再对迁移实例工作机的构成做进一步细化.基于图1所示的迁移工作流系统框架和图2所示的停靠站结构,下面简述迁移实例的生命周期过程:1.对于给定业务流程的不同业务过程,迁移工作流引擎Engine按照定义3自行创建或指定某个工作位置创建迁移实例mi.如果需要,不同的迁移实例可以在不同的位置被创建,并首先在创建位置注册和运行.2.对于任何迁移实例mi的创建,创建者不仅要向工作流引擎和允许mi迁移的所有其它停靠站发送mi创建和注册成功的消息,而且要向它们公布mi的服务需求和资源需求.工作流引擎将根据收到的mi创建和注册消息首先为其建立工作需求、外部特征和当前状态档案,然后设置必须的控制策略.其它停靠站将根据收到的mi创建和注册消息,对迁移树的相应节点做出mi迁移允许标记,并根据mi对服务和资源的需求将自己的服务主体表、功能表及资源表动态地投影为一个mi服务目录,以备mi查询和mi申请迁入时进行服务和资源复制.3.对于任一个迁移实例mi,Repeat3.1.迁移实例mi在当前位置执行任务,当前位置为mi提供服务支持和资源支持;3.2.迁移实例mi的工作机记录当前任务的执行状态,实时检测当前位置的服务能力.当发现当前位置的服务能力已经不能满足当前任务的执行时,首先保存当前状态并将任务挂起,然后执行过程MigrationSearch;3.3.迁移实例mi根据MigrationSearch的结果,向目的位置提出迁移请求;目的位置收到mi的迁移请求后,依据自己目前的工作状态,对mi做出允许或暂缓迁移应答;3.4.迁移实例mi收到允许迁移应答后,迁移到新位置;新位置将迁移实例mi注册,并将挂起的任务激活,使mi重新执行任务;新位置负责向工作流引擎报告mi的当前位置和状态;工作流引擎变更mi的档案,必要时修改控制策略;3.5.迁移实例mi的原工作位置将迁移实例mi注销,释放迁移实例mi的服务库资源;Until迁移实例mi完成所有的任务;4.迁移实例mi完成所有任务后,当前位置服务引擎可以在征得创建者同意后将其就地杀死,也可以归还给创建者.杀死或归还意味着mi生命周期的结束.在mi消亡或归还后,mi当前所在位置必须向迁移工作流引擎和允许mi迁移的所有其它位置发布mi消亡或停止工作的消息,其它工作位置收到mi已经消亡或停止工作的消息后,将修改迁移树的相应节点标记,释放mi的服务目录与占用资源.5系统工作流程图4示出了本研究实现的一个迁移工作流系统的实验例——网上比价采购和商品配送系统.系统由顾客、商店A～N和商品配送中心X三方组成,工作流程使用三个迁移实例:寻价实例M1、定货实例M2和商品配送实例M3.为了支持M1的寻价工作,每个商店的停靠站服务器都为M1提供本地商品查询操作,而本商店的商品目录及相关数据库可以置于商店内部网的任一台安全工作机上.为了突出迁移工作流特征,图4仅描述了其中的迁移工作流流程,而没有继续给出各站点的体系结构细节.系统的主要工作步骤包括:1.顾客填写购物任务书,创建寻价迁移实例M1.2.M1携带购物任务书并按照迁移树遍历商店A～N.对于每个商店,M1首先调用商店停靠站提供的商品查询操作,然后自行完成价格比较,最后携带当前与价格最低相关的商店信息(商店URL、商店名称、商店地址、商店E-mail、商品价格、商品说明、付款方式、质量保证、售后服务、货运方式等),继续迁移.商店A～N被遍历完毕后,M1返回到顾客站点.3.顾客根据M1提供的寻价结果,创建定货迁移实例M2并由M2向目标商店A递送定货单和支付确认.商店A接到顾客的定货单和支付确认后,进行定货单、支付科目、发货单处理,并创建配送迁移实例M3.M2在A驻留直至货运开始.4.M3迁移至商品配送中心X并向X递送发货单和货运说明(例如配货地址、配货时间、交付时间、货运注意事项等).X收到来自商店A的配送任务后,处理发货单并安排货运事务.一经货运事务启动,即告知M3,M3立即返回至商店A,并将货运启动事件通知M2,M2随即返回至顾客站点,提醒顾客进行验收准备工作.如果M3长时间没有收到货运启动告知,则对配送中心提交提醒事件.5.货品验收成功后,顾客同时向商店A和配送中