遷移工作流系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性研究.pdf

1、遷移工作流是將移動(dòng)計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于工作流管理的一項(xiàng)新技術(shù)。與傳統(tǒng)的工作流模型不同，遷移工作流是一個(gè)或多個(gè)遷移實(shí)例在不同的工作位置之間不斷遷移，并按照自身攜帶的工作流說(shuō)明，就地利用工作流服務(wù)協(xié)同完成任務(wù)的過(guò)程。在遷移工作流系統(tǒng)中，工作位置是遷移實(shí)例的運(yùn)行場(chǎng)所，它代表工作流參與者為遷移實(shí)例提供安全運(yùn)行環(huán)境和本地工作流服務(wù)，工作流服務(wù)既可以是參與者的數(shù)據(jù)資源，也可以是參與者的業(yè)務(wù)活動(dòng)或業(yè)務(wù)子過(guò)程。遷移實(shí)例是一個(gè)以移動(dòng)agent為范型的智能計(jì)算體

2、，它既可以執(zhí)行良好定義的結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)流程，也可以處理不完善的工作流說(shuō)明，后者不需要在工作流定義時(shí)為遷移實(shí)例規(guī)劃所有的活動(dòng)及其轉(zhuǎn)移關(guān)系，也不需要在工作流定義中為遷移實(shí)例描述所有可達(dá)的工作位置、位置服務(wù)、服務(wù)規(guī)則和服務(wù)步驟。工作流說(shuō)明可以首先基于業(yè)務(wù)過(guò)程的起始信息進(jìn)行部分定義，然后通過(guò)遷移實(shí)例執(zhí)行期間的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、遷移決策及多遷移實(shí)例之間的協(xié)作進(jìn)行過(guò)程擴(kuò)展。因此，遷移工作流模型可以大大提高工作流系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)過(guò)程及其執(zhí)行環(huán)境的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性，特別適合那

3、些因過(guò)程規(guī)則或執(zhí)行環(huán)境多變而不能完整定義的跨地域、跨機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)過(guò)程管理。 因此，關(guān)于遷移工作流中的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性研究，就是提出動(dòng)態(tài)適應(yīng)性方法并建立相應(yīng)的工作機(jī)制，使遷移工作流系統(tǒng)能夠在業(yè)務(wù)過(guò)程規(guī)則和工作流服務(wù)變化時(shí)，預(yù)測(cè)、修正、擴(kuò)展或重構(gòu)自己的工作流程，以保證具有不完善工作流說(shuō)明特征的業(yè)務(wù)過(guò)程，在動(dòng)態(tài)多變的工作流環(huán)境中仍然能夠被正確執(zhí)行。 遷移工作流中的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性包括多個(gè)方面，本文結(jié)合國(guó)家自然基金課題“面向目標(biāo)的遷移工作流方法

4、研究”，主要研究了遷移工作流中的過(guò)程動(dòng)態(tài)適應(yīng)性、服務(wù)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和運(yùn)行環(huán)境動(dòng)態(tài)適應(yīng)性問(wèn)題。遷移工作流過(guò)程動(dòng)態(tài)適應(yīng)性研究了遷移工作流系統(tǒng)面向目標(biāo)的遷移決策能力，旨在通過(guò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化遷移路徑，處理不完善的工作流說(shuō)明。遷移工作流服務(wù)動(dòng)態(tài)性適應(yīng)性研究了面向目標(biāo)和基于語(yǔ)義的工作流服務(wù)替換機(jī)制，旨在避免業(yè)務(wù)流程因服務(wù)不可用或發(fā)生變化而中斷。遷移工作流運(yùn)行環(huán)境動(dòng)態(tài)適應(yīng)性研究了遷移實(shí)例的協(xié)同感知和協(xié)同學(xué)習(xí)能力，旨在彌補(bǔ)遷移實(shí)例個(gè)體對(duì)運(yùn)行環(huán)境變化認(rèn)知的不

5、足。本文完成的具體工作如下： 1.遷移工作流過(guò)程動(dòng)態(tài)適應(yīng)性研究。在遷移工作流中，由于工作流說(shuō)明的不完善，設(shè)計(jì)者在初始時(shí)沒(méi)有為遷移實(shí)例規(guī)劃好所有的工作位置，所以要求遷移工作流系統(tǒng)能夠根據(jù)過(guò)程的變化對(duì)旅行圖作出相應(yīng)的調(diào)整與改變。遷移工作流過(guò)程包括業(yè)務(wù)活動(dòng)依賴關(guān)系和遷移位置有序關(guān)系兩個(gè)方面。遷移工作流系統(tǒng)支持運(yùn)行中對(duì)活動(dòng)規(guī)劃(工作流說(shuō)明)和工作位置規(guī)劃(旅行圖)，則系統(tǒng)具有過(guò)程動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。文中第三章提出了關(guān)于工作位置規(guī)劃的遷移路徑優(yōu)化

6、算法，該算法對(duì)基本遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了具有改進(jìn)的EAX算子和強(qiáng)化變異算子的改進(jìn)的混合遺傳算法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比論證了該算法在路徑規(guī)劃方面的性能優(yōu)于一般啟發(fā)式方法。工作流引擎根據(jù)遷移決策方法動(dòng)態(tài)調(diào)整工作位置，并以最優(yōu)的方案利用資源完成任務(wù)，該方法可以通過(guò)實(shí)例得到驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)遷移域中工作位置狀態(tài)的判斷，再結(jié)合優(yōu)化算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作位置的合理訪問(wèn)，保證遷移實(shí)例能夠有效地適應(yīng)不完善的工作流說(shuō)明，提高了處理業(yè)務(wù)流程自適應(yīng)能力。 2.遷移

7、工作流服務(wù)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性研究。工作位置為遷移實(shí)例提供運(yùn)行時(shí)服務(wù)(例如遷入、遷出、安全保護(hù)等)和工作流服務(wù)(例如數(shù)據(jù)服務(wù)、工作項(xiàng)服務(wù)、自動(dòng)調(diào)用服務(wù)等)。工作位置的邏輯故障異常主要指工作位置提供的工作流服務(wù)發(fā)生了變化、服務(wù)不能按照計(jì)劃進(jìn)行或不能產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果等。如果遷移工作流系統(tǒng)支持對(duì)工作位置的邏輯故障異常作出反應(yīng)和處理，則具有服務(wù)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。關(guān)于解決工作位置的邏輯故障異常的方法，文中第四章提出一種服務(wù)本體替換機(jī)制，在系統(tǒng)運(yùn)行期間可以動(dòng)態(tài)替換、

8、調(diào)整那些出現(xiàn)異常的服務(wù)。服務(wù)本體替換機(jī)制用本體描述工作流服務(wù)，若發(fā)生工作位置的邏輯故障異常則動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)可以替代的服務(wù)來(lái)執(zhí)行：如果工作流在運(yùn)行時(shí)，某服務(wù)出現(xiàn)服務(wù)刪除、服務(wù)失效和服務(wù)操作超時(shí)異常等情況時(shí)，遷移實(shí)例可以使用新服務(wù)替換異常服務(wù)，保證流程的繼續(xù)運(yùn)行。在該機(jī)制基礎(chǔ)上本文給出了實(shí)現(xiàn)方法。使用該機(jī)制，不僅可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的自動(dòng)化還可以提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)的效率。該機(jī)制使得工作流程具有變化性，為了調(diào)整現(xiàn)有的某個(gè)流程，不需要重新設(shè)計(jì)一個(gè)新流程，不僅

9、對(duì)現(xiàn)有資源充分利用，更極大地提高了工作流效率。 3.遷移工作流運(yùn)行環(huán)境動(dòng)態(tài)適應(yīng)性研究。工作位置提供遷移實(shí)例的運(yùn)行時(shí)環(huán)境。通過(guò)運(yùn)行環(huán)境，遷移實(shí)例能夠獲取當(dāng)前工作位置能夠提供的服務(wù)列表，以及當(dāng)前駐留在本工作位置的其他遷移實(shí)例的信息。工作位置物理故障異常是指位置主機(jī)崩潰、網(wǎng)絡(luò)斷連等。如果遷移工作流系統(tǒng)支持對(duì)工作位置物理故障異常作出反應(yīng)和處理，則系統(tǒng)具有運(yùn)行環(huán)境動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。由于異?，F(xiàn)象造成遷移實(shí)例在運(yùn)行環(huán)境中感知到的信息是一些局部的不完

10、全信息(不確定的工作位置和服務(wù))，因此文中第五章研究了在不確定環(huán)境下遷移實(shí)例的高效、動(dòng)態(tài)和靈活的局部遷移路徑規(guī)劃算法。遷移實(shí)例利用從環(huán)境中得到的不完全信息進(jìn)行初步規(guī)劃，規(guī)劃出自己針對(duì)當(dāng)前環(huán)境的一個(gè)可行策略集，然后根據(jù)與其它遷移實(shí)例的協(xié)作以及自己初步規(guī)劃的策略集進(jìn)一步進(jìn)行局部規(guī)劃。遷移實(shí)例在動(dòng)態(tài)運(yùn)行環(huán)境下的規(guī)劃使得遷移實(shí)例的可以適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境下的多種變化，提高系統(tǒng)自適應(yīng)能力。 本文工作的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在： 1.提出一種基于遷

11、移路徑優(yōu)化算法的過(guò)程動(dòng)態(tài)適應(yīng)性方法。本文提出一種路徑優(yōu)化算法RMGA，該算法以TSP為數(shù)學(xué)模型，是一種具有改進(jìn)的EAX算子和強(qiáng)化變異算子的混合遺傳算法，其中一個(gè)城市代表一個(gè)工作位置。對(duì)TSP實(shí)例的試驗(yàn)結(jié)果可以證明，RMGA算法有更高的運(yùn)行效率和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。這種適應(yīng)性方法可以對(duì)工作流過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，使得系統(tǒng)具有靈活、動(dòng)態(tài)地處理過(guò)程變更的能力。 2.提出一種基于工作流服務(wù)本體替換機(jī)制的服務(wù)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性方法。本文結(jié)合本體的概念提出

12、遷移工作流服務(wù)本體替換機(jī)制，使工作流系統(tǒng)在無(wú)法得到預(yù)定義的服務(wù)或資源時(shí)，可以尋找可替代的服務(wù)或資源繼續(xù)執(zhí)行。該機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和基于領(lǐng)域本體的服務(wù)的動(dòng)態(tài)組合，在領(lǐng)域本體的支持下，以概念相似度為基礎(chǔ)，計(jì)算服務(wù)之間的關(guān)聯(lián)度，然后形成服務(wù)組合。 3.提出一種基于局部遷移路徑規(guī)劃算法的運(yùn)行環(huán)境動(dòng)態(tài)適應(yīng)性方法。本文以部分可觀察的馬爾可夫決策過(guò)程(POMDP)作為遷移路線的規(guī)劃模型，提出一種局部遷移路徑規(guī)劃算法。通過(guò)求解不確定性的

13、POMDP得到的近似最優(yōu)策略，使得工作流系統(tǒng)可以對(duì)工作位置物理故障異常進(jìn)行反應(yīng)和處理，而不中斷工作流的執(zhí)行。同時(shí)給出多遷移實(shí)例的協(xié)作模型，在求解過(guò)程中可以通過(guò)多個(gè)遷移實(shí)例協(xié)作完成遷移路徑的規(guī)劃。 本文的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性方法在仿真實(shí)驗(yàn)中得到了充分的證明，但是遷移工作流動(dòng)態(tài)適應(yīng)性是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，因此很多方面還需要改進(jìn)。本文進(jìn)一步的主要工作包括： 1.遷移工作流過(guò)程適應(yīng)性中過(guò)程變更時(shí)的正確性的驗(yàn)證，只是依靠過(guò)程定義中的驗(yàn)證工具對(duì)修

14、改后模型進(jìn)行驗(yàn)證，其粒度是不夠的，在以后的工作中，要進(jìn)行多層次劃分，盡可能的用多層驗(yàn)證來(lái)確保變更后模型的正確性。 2.為遷移工作流服務(wù)適應(yīng)性方法解決理論上存在的問(wèn)題，探討遷移工作流服務(wù)變化的語(yǔ)義的和形式化表示方法等。下一步從應(yīng)用實(shí)踐中進(jìn)行總結(jié)和歸納，制定出一個(gè)豐富全面的服務(wù)變化分類體系。 3.從遷移工作流運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)的角度上，針對(duì)局部最小、反復(fù)路徑等問(wèn)題，還需要進(jìn)一步的研究。下一步的工作將在路徑規(guī)劃算法上進(jìn)一步改進(jìn)