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1、计算机科学2 0 0 6 V 0 1 3 3 N o 8 ( 增刊)工作流过程的P e t r i 网建模方法* ) AM o d e l i n gM e t h o df o rW o r k f l o wP r o c e s sB a s e do nP e t r iN e t s黄雨徐春香王捍贫( 北京大学信息科学技术学院北京1 0 0 8 7 1 )A b s t 憎c tT h et e c h n i q u e so fW O r k f l o wh a v eb e e nw i d e l ya p p l i e di nm a n yf i e l d so f
2、c o m p u t e rs c i e n c e T h em o s ti m p o r -r a n tt h i n gf o ra p p l y i n gw o r k f l o wi st oc o n s t r u c tas u i t a b l em o d e lw i t hw e l l - f o u n d e ds t r u c t u r e T h i sp a p e ri n t r o d u c e saP e t r i - N e t - b a s e dm e t h o d ，c a l l e dL S I D ( L
3、o g i c ，S e m a n t i c s ，I m p l e m e n t a t i o n ，D e p l o y m e n t ) ，w h i c hc a nb eu s e dt oc o n -s t r u c tw o r k f l o wm o d e l se a s i l ya n dc l e a r l y W i t hL S I D ，p r o c e s sl o g i c c a nb es e p a r a t e df r o ma c t i v i t i e s ，a n dt h ep r o c e s sl o
4、g i c1 e v e lc a nb em o d e l e dw i t hp r o p e r t yP e t r iN e t sb yu s i n gv e c t o ra st h ep r o p e r t y T h i sw o u l dm a k et h ed e s c r i p t i o no fw o r k f l o wp a t t e r n sm o r ee x p r e s s i v ea n de a s i l y - u s i n g K e y w o r d sP e t r iN e t s ，W o r k f
5、l o wl o g i c ，W o r k f l o wp a t t e r n ，L S I D1引言工作流技术大量地应用在业务过程的管理中，它具有高效性、可动态分析等优点。许多研究人员展开了对工作流各方向的研究，最具有代表性的是v a nd e rA a l s t 教授用P e t r i 网来研究工作流 1 ，主要利用P e t r i 网来定义工作流过程模型；W a s i mS a d i q利用活动图来研究工作流，由于活动图语义不明确，因而建立在活动图上的建模方法存在缺陷。现有模型主要不足有：缺少统一的建模过程方法的指导，逻辑和活动混淆表示；没有用统一方法表示各种工作流模
6、式。针对这些不足，本文提出了L S I D 方法，该方法以工作流过程为中心，把过程模型的建立分成逻辑层，语义层，实施层，部署层四个层次来完成，逐渐精化模型，从而达到对工作流过程的全面建模和正确部署，在每一精化步骤中我们都提出一套建模和分析方法。本文通过分层和向量表达属性的方法，使得工作流建模更加简洁，并且保证模型语义和实际一致，利于形式化分析。本文主要论述I 。S I D方法以及在逻辑层建模。2L S I D 方法基本思想我们在总结了工作流现有的大部分研究成果后，在文 2 - 1 思想的基础上，以工作流逻辑过程为工作流过程模型核心，按照层次逐步建立工作流过程模型，在每个层次的模型，研究出相应的
7、分析方法：I ，S I D 方法分为四个层次，如图1 所示。1 ) 工作流系统的体系结构由不同视图组成，从下图看出工作流系统的建立至少需要工作流过程模型、工作流资源模型、工作流管理系统模型等的设计，对比其它研究者的工作，他们没有把工作流过程模型的设计同工作流系统其它的方面采取既结合又分离的方法，导致过程模型的设计只是过程的简单定义，我们在过程模型的细化过程中同资源和管理系统相结合，从而建立可以直接部署的工作流过程模型。 f ，一萄、圃、囤凰聪掣甍、。一一二二二图1 工作流过程模型L S I D 开发方法2 ) I S I D 方法重点讨论工作流过程模型的建立，该方法把过程模型分逻辑层，语义(
8、层，实施) 层，部署层四个层次进行模型设计，每个层次分为模型需求，模型设计，模型分析三个活动。A ) 在逻辑层，我们的目的是建立符合用户需求并与实例无关的工作流过程的逻辑框架，在设计阶段，我们采用控制流和数据流的分离的原则，在该层从控制流的角度进行分析，从工作流过程逻辑及活* ) 本文受国家自然科学基金N o 6 0 1 7 3 0 0 2 。国家重点基础研究发展规划( 9 7 3 ) N o 2 0 0 2 C B 3 1 2 0 0 4 资助。黄雨博 生，主要研究领域为P e t r i 网应用，形式化方法：徐春香博士生，主要研究领域为P e t r iM 应用形式化方法：王捍贫教授，博导
9、主要研究领域为逻辑、形式验证。5 6 动间的依赖关系人手，同时遵照逻辑和活动分离的原则，把活动间的逻辑关系作为独立的一个实体，用我们提出的向量形式描述的库所表示，得到用属性P e t r i 网来表示的工作流逻辑表示模型，并且用P e -t r i 网中的基本P T 网来实现其中的属性库所，进一步得到工作流逻辑展开模型，通过该层的分析后，可以得到了与实例无关且结构正确的扩展P e t r i 网模型。B ) 在语义层，主要考虑工作流过程分支的决策问题以及每个活动对数据的依赖和约束等语义，通 过对数据流和控制流的分析，对作分支决策的库所进行细化，首先要实现过程相关的数据表的设计，在工作流过程中主
10、要流动的内容是该数据表，然后在逻辑实现层的基础上对活动进行约束从而达到对逻辑关系细化和各活动的描述，在语义层我们用U n i N e t 3 表达各种关系。C ) 在实施层，该层将考虑与工作流过程相关的组织模型、资源模型、安全策略以及时间因素，比如本来两个活动在数据和控制两方面来看可以并行地发生，但考虑到组织模型时，这两个活动是由同一人完成的，因而就不可能并行发生，只能顺序执行，从而影响了整个工作流过程的完成时间。目前，在实施层我们仅考虑了在一定组织模型如何分配角色给过程中每个活动。D ) 在部署层，主要考虑工作流过程的物理分配问题，也即如何把一个工作流过程分配到工作流机( 子引擎) 中。在部
11、署层，我们根据逻辑，资源分布进行过程模型切割，考虑通信开销，速度和效率，根据一定的评价标准，把工作流过程分成逻辑上相关或者不相关的几个部分部署到各工作流机。我们通过四个层次能定义可部署、结构良好、性能优良的工作流过程。下面我们只介绍工作流过程模型的逻辑层基本建模元素和一些相关量的表示方法，并举例说明I 。S I D 方法的逻辑过程的设计。3 工作流逻辑建模3 1 模型定义为了描述工作流逻辑模型，我们在P e t r i 网基础上给出了属性P e t r i 网来作为形式模型：定义1 ( 属性P e t r i 网) 属性P e t r i 网是一个五元组( P ，T ，F ，R ，L ) ，满
12、足：1 ) ( P ，T ，F ) 是约束P e t r i 网；2 ) Vt E 丁，It l I t I 一1 ；3 ) R 是4 元组的向量集合，每个元都是自然数；L ：P - - ，R 是库所属性函数，其中V P P ，L ( p ) 1 一| 。P I ，L ( 户) 3 一l P I ，L ( 夕) E 1 L ( 夕) E 2 3 ，L ( 户) E 3 3 L ( 户) E 4 - 1 。 定义2 ( 属性P e t r i 网的标识) M ：P 一尺7 ，其中R 7 是2 元向量，每元都是自然数。对P P ，M ( p ) 表示库所p 的标识；称( N ，蚴为标识属性P e
13、t r i 网， 其中N 一( P ，T ，F ，R ，L ) ，这里M 是属性P e t r i 的标识。定义3 ( 库所属性跃变，又称托肯跃变)当一个库所的标识M ( 夕) 1 - 1 L ( p ) E z 3 ，则库所属性发 生跃变，结果是l V Y ( p ) E 1 = M ( p ) E 1 - - L ( p ) 2 ， 吖( 户) 2 一M ( 声) 2 + L ( 声) 4 ，时表示跃变结果。定义4 ( 触发规则)当库所P 中M ( 户) 2 L( 夕) 3 ，P 从P 中选择咒个不同变迁t i ( i 一1 咒)将其触发，但这竹个变迁必须满足w ( 户，t ；) = L(
14、 P ) 4 ，同时标识时( 户) 2 一M ( 夕) 2 一L ( 户) 4 ；当变迁t 被触发后并且执行完，时( 户7 ) i - 1 一 M ( p 7 ) 1 + w ( ，P 7 ) ，其中P 7 t ，这里不加7 的M 表示当前标识，加了7 的M 表示触发完成的标识。值得注意的是属性P e t r i 网的触发规则同古典P e t r i网的触发规则有区别的。定义5 ( 连接符，c o n n e c t o r )连接符是工作流过程模型中活动间逻辑关系的实现者，它通过约束活动间输入输出的控制流关系来实现活动间的逻辑关系。一个连接符表示了输入，输出两个方面的逻辑关系，我们用四维向量
15、来表示，向量形式是( I n A r c ，I n C F ，O u t A r c ，O u t C F ) ，I n A r c 表示射向连接符的弧的数目，I n C F 表示连接符实际需要从前驱活动汇聚的控制流的数目，O u t A r c ，O u t C F 类似。逻辑关系的全集记为统一N N N X N 。所有连接符的集合记为C ，每个连接符都按它向量描述的逻辑关系执行，形式定义中连接符就是属性P e t r i 网的P 元素，连接符的向量是P 元素在L下的映射。四维向量形式刻画工作流中的逻辑关系的优点：向量形式既可以表示连接符向它后继活动发送的托肯数，又表示连接符从它前驱活动接收
16、的托肯数，从而准确地表示了活动间的关系，还可以简化工作流逻辑分析。向量形式( 5 c ，Y ，a ，6 ) 可以表示v a nd e rA a l s t 教授提出的基本模式和部分高级模式，向量的各维可以是变量，能够表示运行时相关的逻辑关系，而且方便各方面人员间的交流。定义6 ( 业务处理表，B u s i n e s sP r o c e s sF o r m ，缩 写B D - F O R M )它是指在工作流过程中，每步活动所操作的对象，它是一个文档，用来初始化一个工作流过程实例，记录每个活动的操作结果。定义7 ( 工作流逻辑关系表示模型)一个工作流逻辑关系表示模型是五元组S 一( P ，T ，F ；R ，L ) ，它满足：5 7。1 ) P C ，T V U N U L L 丁 ，R = 叨；2 ) S 是属性P e t r i 网；3 )
