遷移工作流系統(tǒng)中的動態(tài)適應性研究.pdf

1、遷移工作流是將移動計算技術應用于工作流管理的一項新技術。與傳統(tǒng)的工作流模型不同，遷移工作流是一個或多個遷移實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明，就地利用工作流服務協(xié)同完成任務的過程。在遷移工作流系統(tǒng)中，工作位置是遷移實例的運行場所，它代表工作流參與者為遷移實例提供安全運行環(huán)境和本地工作流服務，工作流服務既可以是參與者的數(shù)據(jù)資源，也可以是參與者的業(yè)務活動或業(yè)務子過程。遷移實例是一個以移動agent為范型的智能計算體

2、，它既可以執(zhí)行良好定義的結(jié)構(gòu)化業(yè)務流程，也可以處理不完善的工作流說明，后者不需要在工作流定義時為遷移實例規(guī)劃所有的活動及其轉(zhuǎn)移關系，也不需要在工作流定義中為遷移實例描述所有可達的工作位置、位置服務、服務規(guī)則和服務步驟。工作流說明可以首先基于業(yè)務過程的起始信息進行部分定義，然后通過遷移實例執(zhí)行期間的服務發(fā)現(xiàn)、遷移決策及多遷移實例之間的協(xié)作進行過程擴展。因此，遷移工作流模型可以大大提高工作流系統(tǒng)對業(yè)務過程及其執(zhí)行環(huán)境的動態(tài)適應性，特別適合那

3、些因過程規(guī)則或執(zhí)行環(huán)境多變而不能完整定義的跨地域、跨機構(gòu)業(yè)務過程管理。 因此，關于遷移工作流中的動態(tài)適應性研究，就是提出動態(tài)適應性方法并建立相應的工作機制，使遷移工作流系統(tǒng)能夠在業(yè)務過程規(guī)則和工作流服務變化時，預測、修正、擴展或重構(gòu)自己的工作流程，以保證具有不完善工作流說明特征的業(yè)務過程，在動態(tài)多變的工作流環(huán)境中仍然能夠被正確執(zhí)行。 遷移工作流中的動態(tài)適應性包括多個方面，本文結(jié)合國家自然基金課題“面向目標的遷移工作流方法

4、研究”，主要研究了遷移工作流中的過程動態(tài)適應性、服務動態(tài)適應性和運行環(huán)境動態(tài)適應性問題。遷移工作流過程動態(tài)適應性研究了遷移工作流系統(tǒng)面向目標的遷移決策能力，旨在通過服務發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化遷移路徑，處理不完善的工作流說明。遷移工作流服務動態(tài)性適應性研究了面向目標和基于語義的工作流服務替換機制，旨在避免業(yè)務流程因服務不可用或發(fā)生變化而中斷。遷移工作流運行環(huán)境動態(tài)適應性研究了遷移實例的協(xié)同感知和協(xié)同學習能力，旨在彌補遷移實例個體對運行環(huán)境變化認知的不

5、足。本文完成的具體工作如下： 1.遷移工作流過程動態(tài)適應性研究。在遷移工作流中，由于工作流說明的不完善，設計者在初始時沒有為遷移實例規(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)過程的變化對旅行圖作出相應的調(diào)整與改變。遷移工作流過程包括業(yè)務活動依賴關系和遷移位置有序關系兩個方面。遷移工作流系統(tǒng)支持運行中對活動規(guī)劃(工作流說明)和工作位置規(guī)劃(旅行圖)，則系統(tǒng)具有過程動態(tài)適應性。文中第三章提出了關于工作位置規(guī)劃的遷移路徑優(yōu)化

6、算法，該算法對基本遺傳算法進行了改進，提出了具有改進的EAX算子和強化變異算子的改進的混合遺傳算法，通過實驗對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，該方法可以通過實例得到驗證。通過對遷移域中工作位置狀態(tài)的判斷，再結(jié)合優(yōu)化算法可以實現(xiàn)對工作位置的合理訪問，保證遷移實例能夠有效地適應不完善的工作流說明，提高了處理業(yè)務流程自適應能力。 2.遷移

7、工作流服務動態(tài)適應性研究。工作位置為遷移實例提供運行時服務(例如遷入、遷出、安全保護等)和工作流服務(例如數(shù)據(jù)服務、工作項服務、自動調(diào)用服務等)。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發(fā)生了變化、服務不能按照計劃進行或不能產(chǎn)生預期的結(jié)果等。如果遷移工作流系統(tǒng)支持對工作位置的邏輯故障異常作出反應和處理，則具有服務動態(tài)適應性。關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本體替換機制，在系統(tǒng)運行期間可以動態(tài)替換、

8、調(diào)整那些出現(xiàn)異常的服務。服務本體替換機制用本體描述工作流服務，若發(fā)生工作位置的邏輯故障異常則動態(tài)地發(fā)現(xiàn)可以替代的服務來執(zhí)行：如果工作流在運行時，某服務出現(xiàn)服務刪除、服務失效和服務操作超時異常等情況時，遷移實例可以使用新服務替換異常服務，保證流程的繼續(xù)運行。在該機制基礎上本文給出了實現(xiàn)方法。使用該機制，不僅可以實現(xiàn)服務發(fā)現(xiàn)的自動化還可以提高服務發(fā)現(xiàn)的效率。該機制使得工作流程具有變化性，為了調(diào)整現(xiàn)有的某個流程，不需要重新設計一個新流程，不僅

9、對現(xiàn)有資源充分利用，更極大地提高了工作流效率。 3.遷移工作流運行環(huán)境動態(tài)適應性研究。工作位置提供遷移實例的運行時環(huán)境。通過運行環(huán)境，遷移實例能夠獲取當前工作位置能夠提供的服務列表，以及當前駐留在本工作位置的其他遷移實例的信息。工作位置物理故障異常是指位置主機崩潰、網(wǎng)絡斷連等。如果遷移工作流系統(tǒng)支持對工作位置物理故障異常作出反應和處理，則系統(tǒng)具有運行環(huán)境動態(tài)適應性。由于異常現(xiàn)象造成遷移實例在運行環(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)，因此文中第五章研究了在不確定環(huán)境下遷移實例的高效、動態(tài)和靈活的局部遷移路徑規(guī)劃算法。遷移實例利用從環(huán)境中得到的不完全信息進行初步規(guī)劃，規(guī)劃出自己針對當前環(huán)境的一個可行策略集，然后根據(jù)與其它遷移實例的協(xié)作以及自己初步規(guī)劃的策略集進一步進行局部規(guī)劃。遷移實例在動態(tài)運行環(huán)境下的規(guī)劃使得遷移實例的可以適應運行環(huán)境下的多種變化，提高系統(tǒng)自適應能力。 本文工作的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在： 1.提出一種基于遷

11、移路徑優(yōu)化算法的過程動態(tài)適應性方法。本文提出一種路徑優(yōu)化算法RMGA，該算法以TSP為數(shù)學模型，是一種具有改進的EAX算子和強化變異算子的混合遺傳算法，其中一個城市代表一個工作位置。對TSP實例的試驗結(jié)果可以證明，RMGA算法有更高的運行效率和實際應用價值。這種適應性方法可以對工作流過程進行改進和調(diào)整，使得系統(tǒng)具有靈活、動態(tài)地處理過程變更的能力。 2.提出一種基于工作流服務本體替換機制的服務動態(tài)適應性方法。本文結(jié)合本體的概念提出

12、遷移工作流服務本體替換機制，使工作流系統(tǒng)在無法得到預定義的服務或資源時，可以尋找可替代的服務或資源繼續(xù)執(zhí)行。該機制可以實現(xiàn)服務的自動發(fā)現(xiàn)和基于領域本體的服務的動態(tài)組合，在領域本體的支持下，以概念相似度為基礎，計算服務之間的關聯(lián)度，然后形成服務組合。 3.提出一種基于局部遷移路徑規(guī)劃算法的運行環(huán)境動態(tài)適應性方法。本文以部分可觀察的馬爾可夫決策過程(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)可以對工作位置物理故障異常進行反應和處理，而不中斷工作流的執(zhí)行。同時給出多遷移實例的協(xié)作模型，在求解過程中可以通過多個遷移實例協(xié)作完成遷移路徑的規(guī)劃。 本文的動態(tài)適應性方法在仿真實驗中得到了充分的證明，但是遷移工作流動態(tài)適應性是一個復雜的問題，因此很多方面還需要改進。本文進一步的主要工作包括： 1.遷移工作流過程適應性中過程變更時的正確性的驗證，只是依靠過程定義中的驗證工具對修

14、改后模型進行驗證，其粒度是不夠的，在以后的工作中，要進行多層次劃分，盡可能的用多層驗證來確保變更后模型的正確性。 2.為遷移工作流服務適應性方法解決理論上存在的問題，探討遷移工作流服務變化的語義的和形式化表示方法等。下一步從應用實踐中進行總結(jié)和歸納，制定出一個豐富全面的服務變化分類體系。 3.從遷移工作流運行環(huán)境適應性實現(xiàn)的角度上，針對局部最小、反復路徑等問題，還需要進一步的研究。下一步的工作將在路徑規(guī)劃算法上進一步改進