一種動態(tài)自適應工作流管理框架

1、一種動態(tài)自適應工作流管理框架    【關鍵詞】工作流 自適應 WDMA 工作流管理系統WfMS(Workflow Management System)是近年來隨著Internet和Intranet的普及而快速發(fā)展的軟件系統之一1。工作流管理系統的主要目標是通過調用有關信息資源與人力資源來協調業(yè)務流程中的各個環(huán)節(jié),使之按照一定的順序依次進行,從而實現業(yè)務流程的自動化。目前國內外雖然己經有了很多工作流管理系統的產品,但是大部分只能在設計階段對工作流進行定義,并且工作流中的動態(tài)約束關系也靜態(tài)地定義在工作流過程模型當中,過程模型建立之后具有一定的穩(wěn)定性2-4。如

2、何在工作流中處理動態(tài)變化的約束關系,目前的系統顯得無力。如何更好的處理工作流中動態(tài)約束關系成為研究工作的一個重要方面,基于此,本文提出一個自適應的工作流動態(tài)約束處理的管理框架從而解決工作流中的動態(tài)約束問題。 1 自適應軟件 自適應軟件(self-adaptive software)是在1997年12月關于自適應軟件的DARPA Broad Agency Announcement中定義的,自適應軟件定義如下:“自適應軟件系統是能夠改進系統自身的行為或者當這些改進不能完成系統的任務時或更高的系統性能要求時,改變系統的行為特性的軟件”5。 為了完成系統預先定義的任務,自適應軟件的運行代碼中包括6:

3、(1)對軟件意圖的描述(例如:軟件的目標); (2)系統程序結構的描述(例如:設計模型); (3)對系統運行環(huán)境的描述,這里環(huán)境指得是任何可以被軟件系統觀察到的東西,例如終端用戶的輸入,外部硬件設備或者傳感器,或者程序組件等。 (4)一組可供選擇的可替換的系統實現或者算法描述,有時被稱為重用資源庫。 基于自適應軟件的原理,本文提出了WDMA系統及其框架,其是一種基于自適應軟件的動態(tài)工作流管理系統。其中,處理工作流實例運行期間約束規(guī)則策略動態(tài)調整的WDMA方法是一個特定地自適應軟件結構的方法,這個自適應軟件結構可以根據發(fā)生變化的工作流特性,例如任務類型,特定選項和其他的一些系統約束,動態(tài)地調整工

4、作流中的內部協調機制和執(zhí)行部件去適應這種實際環(huán)境的改變。 2 WDMA原理 WDMA的主要思想是應用面向對象的知識表達方法封裝協調機制(知識),并在框架中引入動態(tài)策略調整的推理機制以及動態(tài)切換協調策略的機制,從而實現系統的動態(tài)調整。這個方法包括了下面的內容: (1)根據運行中的工作流環(huán)境的改變(這些改變包括任務類型,用戶偏好,系統約束等)觸發(fā)工作流協調機制的調整過程。 (2)工作流的協調機制調的范圍是預先定義好的能被工作流系統識別并運行的一組協調策略。在WDMA框架中,這些協調策略被建模在一組面向對象的知識表示模型中,并被實現為一組策略對象。這種方法能夠將協調策略獨立出來并進行單獨封裝,不僅提

5、供了重用特性還保證了策略本地化的特性,不同策略對象之間的切換實現了不同協調策略的切換。 (3)變動的推理機制由相應的部件提供,這些部件主要通過監(jiān)控工作流系統的運行狀態(tài),并根據知識庫中提供的推理規(guī)則,經過推理決定是否需要改變當前的協調策略,如果需要,那么目標協調策略應該是什么等。 (4)工作流實例運行中的協調策略的變動機制必須保證工作流系統的一些屬性要求(例如正確性,完整性要求等)。這種保證來源于我們對工作流的分析和對系統的約束的認識,這要求我們: (a)必須清楚地知道當前運行的工作流實例的狀態(tài)信息和當前采用的協調策略。 (b)必須知道將要運行的目標協調策略及其要求,以保證在轉換到新的協調策略下

6、,協調能夠正常的運作。 (c)必須定義和執(zhí)行一系列的動作,這些動作的執(zhí)行能夠實現協調策略的安全轉換。支持從一個協調策略到另外一個協調策略的一系列動作被定義為轉換計劃(change plan)。 3 WDMA的層次模型 根據功能分類,以及便于分析與管理的要求,WDMA采用分層次的結構模型,在這個模型中,分為6個層次: (1)網絡操作系統層:這個層位于系統模型的最低層,這個層次主要是為工作流過程控制層提供必要的服務支持,這些支持包括文件的保存,通訊的建立,系統資源的分配等。 (2)工作流過程控制層:這個層是工作流執(zhí)行系統的核心層次,這個層次對工作流的過程模型進行解釋和執(zhí)行,在執(zhí)行過程中,根據需要分

7、配執(zhí)行進程,請求要處理的數據,在不同的工作項或者工作流系統之間傳遞數據和控制信息。 (3)應用協作層:將工作流系統中的過程邏輯和控制邏輯分離開來,應用協作層次是控制邏輯的執(zhí)行機構,在這里應用協作層既要指導、協調工作流的運行,又要接受來自變動協作層的一系列變動的指令,切換到不同的協調控制策略,應用協作層通過工作流參考模型的所定義的5類接口與工作流引擎進行交互。        (4)變動協作層:這個層是一個承上啟下的層次,對推理決策層的決定進行解釋,并選擇適當實施計劃,然后將選擇的實施計劃付諸實施,從而控制應用協作層次

8、的完成策略變動。 (5)推理決策層:在這個層上,主要是應用人工智能的知識,將系統狀態(tài)作為推理輸入,根據保存在知識庫中的用戶定義的知識,可以方便的推理出結果,這個結果將傳遞給變動協作機制層,指示其執(zhí)行指令。 (6)用戶定義層:用戶定義層主要是提供給用戶進行定義的接口,用戶通過這個接口可以與推理決策層,變動協作機制層,應用協作層,工作流過程控制層進行交互,包括與工作流過程控制層交互定義工作流過程模型,與應用協作層次交互定義策略對象模型,與變動協作機制層交互定義系統狀態(tài)的表示模型和抽象模型,以及與推理決策層交互定義推理的規(guī)則。 4 WDMA框架結構 將WDMA進行分層之后,我們詳細解釋WDMA框架結

9、構中的各個層次以及其中各個部件,在圖2中對這個框架結構進行了描述。在這個框架結構圖中,根據不同的應用層面將此框架分成四層: (1)工作流引擎層次(Workflow Engine):對工作流過程模型進行解釋和運行,即將工作流過程控制劃分在這個層次,這個層次等同于一般意義的工作流引擎。 (2)應用協作層次(Application Coordination Layer):將系統具體運行時的協作環(huán)境劃分在這個層次,這個層次主要反映了工作流實例系統運行時的特性,處理工作流實例的協作問題。包括應用協作代理(Application Coordination Agent),策略引擎(Policy Engine

10、)和策略對象庫(Policy Objects Gallery) (3)變動協作層(Change Coordination Layer):根據狀態(tài)信息和調整決定,決定合適實施計劃并實施調整和變化。包括監(jiān)控代理(Tracking Agent),變動協作代理(Change Coordination Agent)和共享數據空間(C Space)。 (4)變動推理決策層(Change Reasoning Layer):根據狀態(tài)信息,通過推理機推理決定是否要進行策略的變化及其目標策略,主要包括推理機和知識庫。 在WDMA框架中,應用協作層次包含那些實現具體的協調策略的應用程序部件,而變動協作層包括那些接收

11、從變動推理決策層來的調整決定,并且能夠根據調整要求決定在系統運行時候執(zhí)行的具體調整動作的那些部件。 一個WDMA完整的變動過程描述如下: a 定義工作流過程模型,過程模型將被工作流引擎執(zhí)行。 b開始工作流實例的運行,實例運行的初始階段沒有采用特別的協調策略。 c隨著工作流的運行,系統狀態(tài)發(fā)生改變。 d系統狀態(tài)的改變被寫入到監(jiān)控通道中,相應的系統狀態(tài)監(jiān)控代理讀取系統狀態(tài)信息,將狀態(tài)信息轉換為的狀態(tài)向量(state vector),并將狀態(tài)向量更新到共享數據空間中(C Space) e推理機制從共享數據空間中讀出系統的狀態(tài)向量,基于當前的活動協調策略和系統狀態(tài)向量,從策略庫中選擇一個目標策略,然后

12、通過共享數據空間將推理結果產生的指令傳遞給變動協作代理。 f接收到變動指令后,變動協作代理開始通過共享數據空間監(jiān)控系統狀態(tài)向量,當出現適當的狀態(tài)時,變動協作代理從實施計劃集(change plan)中選擇合適的實施計劃并且給予執(zhí)行。 g在變動計劃的執(zhí)行過程中,變動協作代理通過變動協作通道(Change Coordination Channel: CChan)發(fā)送相應的控制指令。 h控制指令分兩部分,一部分是發(fā)送給應用協作代理的,一部分是發(fā)送給策略引擎的,應用協作代理接收指令,然后將指令解釋后傳遞給工作流引擎執(zhí)行,策略引擎接收指令,然后將策略對象切換為目標策略對象運行。 i接著返回到第三步,重新

13、開始監(jiān)控系統狀態(tài),并進行下一次的調整。 5 結束語 基于自適應軟件的原理,本文提出了WDMA系統及其框架,其是一種基于自適應軟件的動態(tài)工作流管理系統。其中,處理工作流實例運行期間約束規(guī)則策略動態(tài)調整的WDMA方法是一個特定地自適應軟件結構的方法,這個自適應軟件結構可以根據發(fā)生變化的工作流特性,動態(tài)地調整工作流中的內部協調機制和執(zhí)行部件去適應這種實際環(huán)境的改變。 參考文獻 1 WfMC.Workflow Management Coalition: The Workflow Reference Model EB/OL. TC00-1003, 1995.1.. 2 祝永志,基于Web分布式工作流系統可擴展性的研究與實現,計算機科學,2006 Vol.33,No.1.108-110. 3 任志宏,李京,金蓓弘,基于Internet工作流的復合Web服務框架,計算機研究與發(fā)展,2003年7月第40卷第7期.1081-1087. 4