構(gòu)件化業(yè)務(wù)流程重組應(yīng)用服務(wù)器可信屬性建模方法研究

1、構(gòu)件化業(yè)務(wù)流程重組應(yīng)用服務(wù)器可信屬性建模方法研究 摘要：針對面向業(yè)務(wù)流程重組的應(yīng)用服務(wù)器在可信屬性建模方面的不足，基于組成應(yīng)用服務(wù)器的構(gòu)件屬性和構(gòu)件組合行為特征，利用進(jìn)程代數(shù)等相關(guān)方法進(jìn)行抽象，從構(gòu)件之間的運(yùn)算角度，定義BPRAS構(gòu)件運(yùn)算算子，從而建立BPRAS代數(shù)模型，并基于該代數(shù)模型，進(jìn)一步對其支撐的業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件可信屬性建模，提出多種可信范式，為可信BPRAS軟件設(shè)計(jì)提供理論模型支撐。最后介紹了一個(gè)應(yīng)用實(shí)例 關(guān)鍵詞：業(yè)務(wù)流程重組；應(yīng)用服務(wù)器；可信屬性；建模方法 中圖分類號：TN91934；TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004373X（2012）22004605 伴隨著業(yè)務(wù)流程

2、重組（BusinessProcessReengineering，BPR）的相關(guān)理論與技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)信息化領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，用戶普遍認(rèn)可其為業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件研發(fā)引入較高靈活性和可維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也對其提高應(yīng)用軟件可信性方面提出了更高的要求。可信軟件通常是指在特定環(huán)境下其運(yùn)行行為及其結(jié)果符合人們預(yù)期，并在受到干擾時(shí)仍能提供連續(xù)服務(wù)的軟件1。當(dāng)前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界從不同角度，采用不同方法對可信軟件相關(guān)理論展開大量研究，同時(shí)作為研究成果，已有大量相應(yīng)工具出現(xiàn)。但是上述成果大部分關(guān)注于通用軟件可信性研究23，且還未形成較統(tǒng)一的理解和認(rèn)識，因而對包括業(yè)務(wù)流程重組應(yīng)用服務(wù)器（BPRorientedAp

3、plicationServer，BPRAS）在內(nèi)的特定領(lǐng)域軟件可信性指導(dǎo)性和適用性尚顯不足 基于以上研究背景，本文重點(diǎn)針對BPRAS這一特定領(lǐng)域軟件，以出具驗(yàn)證的業(yè)務(wù)流程重組為該類領(lǐng)域軟件問題域，以該類領(lǐng)域軟件所支撐的業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件為解域，深入研究業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件可信性的形式化方法，對可信業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件進(jìn)行建模，從而提高業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件可信性，為可信BPRAS軟件設(shè)計(jì)提供理論模型支撐，并為相關(guān)工具軟件研發(fā)提供方法與技術(shù)支持 具體而言，本文采用以下方法完成上述研究工作。首先給出BPRAS元構(gòu)件和分層構(gòu)件形式化定義，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建構(gòu)件運(yùn)算算子，進(jìn)而基于構(gòu)件定義和構(gòu)件算子給出構(gòu)件組合的形式化定

4、義；其次，基于構(gòu)件組合和進(jìn)程代數(shù)理論，建立BPRAS代數(shù)模型，并給出基于BPRAS的業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件可信性模型的形式化定義，以及由多種可信范式構(gòu)成的可信業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件規(guī)范化等級理論模型 毫無疑問，構(gòu)造可信業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件需要系統(tǒng)性的理論與方法，僅依靠BPRAS自身難以完成可信業(yè)務(wù)流程重組應(yīng)用軟件的研發(fā)任務(wù)，其關(guān)鍵原因在于BPRAS處理的是已完成重組的業(yè)務(wù)流程，而重組后的業(yè)務(wù)流程是否滿足用戶業(yè)務(wù)流程重組需求需要流程開發(fā)工具出具驗(yàn)證；另一方面，經(jīng)過對業(yè)務(wù)流程可信性分析后確定的規(guī)范化等級可反饋至流程開發(fā)工具，供用戶參考，并完善業(yè)務(wù)流程至更高規(guī)范化等級。由此形成BPRAS與出具驗(yàn)證工具45協(xié)作模型如

5、圖1所示 圖1BPRAS與出具驗(yàn)證工具協(xié)作模型1BPRAS構(gòu)件模型 1.1元構(gòu)件與分層構(gòu)件 1.1.1元構(gòu)件 定義1元構(gòu)件可定義為四元組C=，其中： （1）id是構(gòu)件的標(biāo)識； （2）type=I；II；III；.是構(gòu)件類型； （3）body=（Input，Output，Exec：ExecI；ExecII；ExecIII；.）是構(gòu)件運(yùn)行體；執(zhí)行體Exec的各種枚舉類型分別對應(yīng)各種構(gòu)件類型 （4）envi=（Protocal_type，Communi_body）是構(gòu)件通信環(huán)境體 1.1.2表示層構(gòu)件 定義2表示層構(gòu)件可定義為四元組CPr=，其中： （1）Pr_id是構(gòu)件的標(biāo)識； （2）Pr_typ

6、e=I；II；III是構(gòu)件類型；其中I型代表與BPRAS格式保持一致系統(tǒng)需設(shè)置報(bào)文格式解析模塊；II型代表受BPRAS格式控制系統(tǒng)需設(shè)置報(bào)文格式解析模塊；III型代表獨(dú)立于BPRAS設(shè)計(jì)報(bào)文格式系統(tǒng)； （3）Pr_body=（Input，Output，Exec：Split；Explain；Translate）是構(gòu)件運(yùn)行體；執(zhí)行體Exec的三種枚舉類型分別對應(yīng)I，II，III三種構(gòu)件類型； （4）Pr_envi=（Protocal_type，Communi_body）是構(gòu)件通信環(huán)境體 1.1.3功能層構(gòu)件 定義3功能層構(gòu)件可定義為四元組CFu=，其中： （1）Fu_id是構(gòu)件的標(biāo)識； （2）Fu

7、_type=I；II；III是構(gòu)件類型；其中I型代表通訊子層；II型代表平臺子層；III型代表應(yīng)用子層； （3）Fu_body=（Input，Output，Exec：Comm；Plat；Appl）是構(gòu)件運(yùn)行體。執(zhí)行體Exec的三種枚舉類型分別對應(yīng)I，II，III三種構(gòu)件類型。其中： Comm=（Input，Output，Exec：；SynCom），即執(zhí)行體Exec的通信子層Comm同構(gòu)于其母體執(zhí)行體Exec，且自身執(zhí)行體Exec的兩種枚舉類型分別為異步通信和同步通信SynCom模塊； Plat=（Input，Output，Exec：（MainControl；），即執(zhí)行體Exec的平臺子層Pla

8、t同構(gòu)于其母體執(zhí)行體Exec，且自身執(zhí)行體Exec的兩類模塊分別為主控模塊MainControl和輔助模塊，即安全控制；格式轉(zhuǎn)換和基本功能支撐3種模塊； Appl=（Input，Output，Exec：（Business_conf；Mech_conf；Common_conf），即執(zhí)行體Exec的平臺子層Plat同構(gòu)于其母體執(zhí)行體Exec，但是應(yīng)用子層特殊之處在于，其輸入來自于BPR配置工具出具驗(yàn)證后的業(yè)務(wù)流程；其輸出為業(yè)務(wù)流程執(zhí)行日志；且自身執(zhí)行體Exec的三類配置模塊分別為業(yè)務(wù)流程配置模塊Business_conf；商戶配置模塊Mech_conf和公共配置模塊Common_conf；實(shí)際上，

9、上述三類配置模塊并無執(zhí)行代碼，僅為配置信息。 （4）Fu_envi=（Protocal_type，Communi_body）是構(gòu)件通信環(huán)境體 1.1.4數(shù)據(jù)層構(gòu)件 定義4數(shù)據(jù)層構(gòu)件可定義為四元組CDa=，其中： （1）Da_id是構(gòu)件的標(biāo)識； （2）Da_type=I；II；III是構(gòu)件類型；其中I型代表INSERT解析模塊；II型代表與UPDATE解析模塊；III型代表DELETE解析模塊； （3）Da_body=（Input，Output，Exec：Insert；Update；Delete）是構(gòu)件運(yùn)行體；執(zhí)行體Exec的三種枚舉類型分別對應(yīng)I，II，III三種構(gòu)件類型 （4）Da_envi

10、=（Protocal_type，Communi_body）是構(gòu)件通信環(huán)境體 由上述定義可知BPRAS各層均同構(gòu)于元構(gòu)件C。即CPrCFuCDaC 1.2構(gòu)件算子 在本節(jié)中，設(shè)上述分層構(gòu)件全體組成論域?yàn)閁 1.2.1激發(fā)與使用算子 定義5設(shè)A，B是論域Dom（U）中的2個(gè)構(gòu)件，若xInput.body（A）yOutput.body（B）（yx）（Protocal（A）=Protocal（B） Communi_body（A）Communi_body（B） 即構(gòu)件A通過同類協(xié)議向構(gòu)件B發(fā)送一個(gè)消息“激發(fā)”構(gòu)件B中的Exec.body并通過Output.body實(shí)現(xiàn)功能需求，則稱A，B進(jìn)行了一次“激發(fā)

11、”運(yùn)算，記作A|B 定義6設(shè)A，B是論域Dom（U）中的兩個(gè)構(gòu)件，若xInput.body（A）yOutput.body（B）（yx）（yExec.body（A），即構(gòu)件A通過“使用”構(gòu)件B的Output.body實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部的Exec.body功能需求，則稱A，B進(jìn)行了一次“使用”運(yùn)算，記作AB?！凹ぐl(fā)”與“使用”是最基本的構(gòu)件組合運(yùn)算，可統(tǒng)稱為“調(diào)用”運(yùn)算，簡記為AB 1.2.2反饋與協(xié)同算子 定義7設(shè)A，B是論域Dom（U）中的2個(gè)構(gòu)件，若xInput.body（A）yOutput.body（B）（yx）（Protocal（A）=Protocal（B） Communi_body（B）Com

12、muni_body（A） 即構(gòu)件B通過同類協(xié)議向構(gòu)件A“反饋”一個(gè)消息，則稱A，B進(jìn)行了一次“反饋”運(yùn)算，記作AB 定義8設(shè)A，B是論域Dom（U）中的2個(gè)構(gòu)件，若xInput.body（A），yOutput.body（B），使得（xInput.body（A）（yOutput.body（B），反之，若xOutput.body（A），yInput.body（B），使得（yInput.body（B）（xOutput.body（A），即構(gòu)件A的運(yùn)行必導(dǎo)致構(gòu)件B的運(yùn)行，反之亦成立，則稱A，B是“協(xié)同”運(yùn)算，記作AB 1.2.3并行、重復(fù)與選擇算子 定義9設(shè)A，B是論域Dom（U）中的2個(gè)構(gòu)件，若（AB

13、）（Input.body（A）Input.body（B）=），即構(gòu)件A與構(gòu)件B在無依賴關(guān)系前提下“協(xié)同”運(yùn)算，則稱A，B是“并行”運(yùn)算，記作A|B 定義10設(shè)A，B是論域Dom（U）中的2個(gè)構(gòu)件，若x1Input.body（A），y1Output.body（A），x2Input.body（B），y2Output.body（B），若Output.body（A）Input.body（B）y2x1Input.body（A）Output.body（B）y1x2即構(gòu)件A與構(gòu)件B在滿足運(yùn)行條件下，相互觸發(fā)對方，則稱A，B進(jìn)行了一次“重復(fù)”運(yùn)算，記作AB。特別的，當(dāng)A=B時(shí)，稱A重復(fù)執(zhí)行，簡記為A 定義11

14、設(shè)A，B是論域Dom（U）中的2個(gè)構(gòu)件，若xOutput.body（A），yOutput.body（B），使得Input.body（A）xInput.body（B）y即構(gòu)件A和構(gòu)件B在滿足運(yùn)行條件下，有且僅有一個(gè)構(gòu)件可獲得執(zhí)行權(quán)，則稱A，B是“選擇”運(yùn)算，記作AB 1.3構(gòu)件組合 定義12BPRAS構(gòu)件組合是上述BPRAS構(gòu)件運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)。在BPRAS中構(gòu)件組合有特定的語義，即它是在平臺子層Plat的執(zhí)行體Exec的主控模塊MainControl控制下根據(jù)出具驗(yàn)證的BPR流程完成的一次構(gòu)件運(yùn)算?？啥x為6元組，其中： （1）Id是組合標(biāo)識； （2）Step是組合與構(gòu)件交互點(diǎn)的序列集合，每個(gè)Ste

15、p=。其中，Sid是標(biāo)識，Sname是名稱，Scode是構(gòu)件及運(yùn)算算子代碼，Stype是類型，Senvi是環(huán)境變量的集合； （3）Beha是組合行為語義描述； （4）Logs是組合中各個(gè)Step的行為日志描述集合； （5）Envi是組合環(huán)境變量的集合； （6）Cons為保證BPRAS構(gòu)件組合的自定義約束條件的集合，例如，為確保功能層構(gòu)件必須參與運(yùn)算，可規(guī)定c（cScode.StepcCFu）Cons 2BPRAS應(yīng)用軟件可信屬性建模 2.1可信性模型 2.1.1BPRAS應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu) BPRAS是支撐BPR應(yīng)用軟件運(yùn)行的平臺軟件，其體系結(jié)構(gòu)已在上節(jié)給出其構(gòu)件及構(gòu)件組合的形式化描述，下面給出

16、其所支撐的BPR應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)代數(shù)模型。 定義13設(shè)全體BPR應(yīng)用軟件組成論域?yàn)閁，則： （1）BPR構(gòu)件是一個(gè)BPR應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)； （2）BPRAS構(gòu)件組合是一個(gè)BPR應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)； （3）由BPRAS構(gòu)件經(jīng)由有限次組合（構(gòu)件運(yùn)算）后是一個(gè)BPR應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu) BPR應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)，記為AS=，簡稱應(yīng)用軟件。其中CCPr，CFu，CDa表示組成應(yīng)用軟件的構(gòu)件集合，O|，表示構(gòu)件運(yùn)算的集合?？梢宰C明AS對任意一個(gè)運(yùn)算構(gòu)成代數(shù)系統(tǒng)，具備封閉性，即：c1C，c2C，oO，c1oc2C 定理1設(shè)AS=是應(yīng)用軟件，則AS對O中任意一個(gè)運(yùn)算都構(gòu)成代數(shù)系統(tǒng) 證明由應(yīng)用軟件組合運(yùn)算封閉性可得定

17、理1正確性 將AS=稱為BPR應(yīng)用軟件的代數(shù)模型，也稱為BPR應(yīng)用軟件的代數(shù)表達(dá)式 2.1.2BPRAS應(yīng)用軟件可信性模型 定義14設(shè)AS=是應(yīng)用軟件，若（cC）（cC，oO）（cocCcocC）則稱c為AS的候選核，簡記為Cker（AS），若|Cker（AS）|1，可選定一個(gè)為其主核，簡稱核，簡記為ASker 2.1.21NF范式 定義15設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，若滿足（c1C）（c2C，oO）（c1oc2Cc2oc1C），則稱AS滿足第一范式，簡記為1NF。顯然，為滿足1NF范式，對軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的約束等價(jià)于物理意義上不允許存在孤立構(gòu)件，這是可信軟件設(shè)計(jì)的最低要求 2.1.32NF范式

18、 定義16設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，若滿足AS中存在核，則稱AS滿足第二范式，簡記為2NF。例如在1.3節(jié)“構(gòu)件組合”定義中介紹的Cons約束的c即為一個(gè)核 定理2設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，若AS滿足第二范式，則AS必滿足第一范式，即2NF1NF 證明由2NF和核的定義可知，設(shè)c為AS的核，則對c1C，至少cC，有（c1ocCcoc1C），即AS滿足第一范式 證畢 2.1.43NF范式 定義17設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，若（c1C，c2C）（oO，c1oc2C）（F（c2）F（c1），F(xiàn)（c）（cC）（Input（c）=1Output（c）=0）。即對任意兩個(gè)構(gòu)件c1，c2之間所有運(yùn)算有：若c2不可

19、信，c1必不可信。則稱構(gòu)件c1可信性依賴于c2。簡記為c2c1 定義18設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，若（C1C）（C1Cker（AS），則稱C1中任意一個(gè)構(gòu)件c為AS的候選核因子，簡記為Cker（c）。特別的，當(dāng)C1=ASker時(shí)，稱其為主核因子，或核因子，簡記為cker 定義19設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，若： （AS2NF）（cC，c，c，c，oO）（Cker（c） （Cker（c，c）coc（c=c） （Cker（c，c）coc（c=c） 即物理意義上，AS為2NF且其任一個(gè)候選核有且僅有最多1個(gè)入口運(yùn)算構(gòu)件和1個(gè)出口運(yùn)算構(gòu)件。則稱AS滿足第三范式，簡記為3NF。顯然3NF2NF1NF 定義20

20、設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，若（cC）（Input（c）=1）（Output（c）=1），則稱c為AS的一個(gè)可信構(gòu)件，簡記為T（c），若（cC）T（c），則稱AS是一個(gè)可信應(yīng)用軟件，簡記為T（AS）。根據(jù)對c或AS可信性度量結(jié)果，記其可信性分別為t（c）和t（AS），且t（c）0，1，t（AS）0，1 推論1若c2c1，則t（c2）t（c1） 定理3設(shè)AS=是一個(gè)應(yīng)用軟件，則AS的可信性與所屬范式關(guān)系為：t（AS3NF）t（AS2NF）t（AS1NF） 證明分兩步證明： 第1步：t（AS2NF）t（AS1NF）： （2NF1NF）（AS2NF）（AS1NF） （1） （AS2NF）cCker（AS

21、） （2） （2）（cAScc）（t（c）t（c） （3） （c（AS2NF）|t（c）= （cCker（AS）+（cCker（AS）|t（c） （4） （3）+（4）t（AS2NF）t（AS1NF） （5） 第2步：t（AS3NF）t（AS2NF）： （3NF2NF）（AS3NF）（AS2NF） （6） （c（AS3NF）|t（c）= （cCker（AS）+cCker（AS） （cCker（AS） （cc=） （cc）|t（c） （7） （6）+（7）t（AS3NF）t（AS2NF） （8） 證畢 3BPRAS應(yīng)用研究 3.1出具驗(yàn)證業(yè)務(wù)流程重組模型 為實(shí)現(xiàn)上述驗(yàn)證技術(shù)，本文采用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境基

22、于開放平臺VisualParadigm（一種免費(fèi)商業(yè)UML建模工具，可從http：/ed.fbk.eu/vlpm下載）?；谠撈脚_提供的APIs，在此開發(fā)了出具驗(yàn)證的可視化建模工具，圖2是利用該工具完成后某裝備制造業(yè)鑄鋼業(yè)務(wù)流程重組的一個(gè)驗(yàn)證實(shí)例。 圖2某裝備制造業(yè)鑄鋼業(yè)務(wù)流程重組驗(yàn)證實(shí)例圖根據(jù)圖2所示，設(shè)在出具驗(yàn)證后業(yè)務(wù)流程為AS=；其中Sp1，Np4，Np5，Np6，Np7，Sp3分別代表原業(yè)務(wù)流程1，新業(yè)務(wù)流程4，新業(yè)務(wù)流程5，新業(yè)務(wù)流程6，新業(yè)務(wù)流程7，原業(yè)務(wù)流程3；代表構(gòu)件調(diào)用算子 3.2業(yè)務(wù)流程應(yīng)用軟件可信性模型 首先，不失一般性，設(shè)圖2中所屬構(gòu)件可信性為均值0.5，即：cAS|t（c）=0.5，則按照構(gòu)件依賴關(guān)系，有：Np4（Sp1，Sp3，Np5，Np7）；Np6Np5。根據(jù)規(guī)范化定義，顯然，圖2中業(yè)務(wù)流程無孤立節(jié)點(diǎn)，且無候選核，屬于1NF范式。為提高其可信性，改造后的模型如圖3所示 圖3改選后模型即將新業(yè)務(wù)流程4和新業(yè)務(wù)流程6以并行算子進(jìn)行構(gòu)造，有AS=，則AS屬于2NF范式，其中（Np4Np6）是其惟一候選核。更進(jìn)一步提高AS可信性