面向目标的迁移工作流建模方法研究

摘要

依照国际工作流联盟(Workflow Management Collation，WfMC)的定义，工作流是业务过程的全部或部分自动化过程，在此过程中，文档、信息或者任务按照一定的过程规则在参与者之间流转，实现组织成员间的协调工作以期达到业务的整体目标。WfMC工作流管理模型包括工作流建模和工作流执行两个阶段，前者的任务是完成业务过程的定义，后者的任务是实例化业务过程定义并通过工作流引擎驱动业务过程执行。
　　 迁移工作流是将移动agent计算模式应用于工作流管理的一项新技术。按照曾广周教授提出的迁移工作流管理系统框架，迁移实例、工作位置和迁移工作流管理引擎构成迁移工作流管理系统的三要素，其中，迁移实例是以移动agent为计算范型构造的业务过程执行agent，它可以在工作位置之间移动并按照自身携带的工作流说明，就地利用服务执行一项或多项任务，多个迁移实例可以协作地完成一个业务过程；工作位置是工作流参与者的代理，它代表工作流参与机构或个人为迁移实例提供运行时服务和工作流服务；迁移工作流管理引擎不仅支持工作流定义，而且支持迁移实例的创建、派遣和监控。
　　 在迁移工作流模型中，迁移实例携带的工作流说明，既可以面向业务过程定义，也可以面向业务目标定义，并分别称作面向过程的迁移工作流和面向目标的迁移工作流。面向业务过程定义工作流说明的优点是任务及其流转规则直观，例如Wf-Net、Petri网等，缺点是预定义的流程路径不仅缺乏柔性，而且要求迁移实例创建者具有完备的业务过程知识。对于跨机构、大规模的协同业务过程，掌握完备的业务过程知识是十分困难的。人类行为学研究表明，说明目标比说明过程相对容易。因此，令迁移实例携带面向业务目标的工作流说明，不仅可以减轻迁移实例创建者的知识负担，而且可以通过迁移实例对目标服务的发现，或工作位置对目标服务的推荐等机制，增加工作流路径的柔性。本文以面向目标的迁移工作流为对象，研究面向目标的工作流说明定义方法，称作面向目标的迁移工作流建模方法。本文的主要工作包括：
　　 1.基于时序约束和满足依赖关系的与/或目标图方法研究。
　　 目标规划的基本方法是将目标分解为一棵与/或树。目标与/或树可以清晰地表示目标一子目标之间的“part of”关系及子目标之间的“与/或”执行约束，但不能表示其间的时间约束，也不能表示其间的可满足性依赖关系，因此，目标描述能力不足。
　　 本文对目标与/或树进行了两种改进工作：(1)引进目标之间的时序关系，变目标树结构为目标图结构，建立了一种具有时序约束的与/或目标图方法。(2)在时序与/或目标图的基础上，引进目标之间的满足支持/满足抑制关系，建立了一种具有时序约束和满足依赖关系的与/或目标图方法，给出了其中的目标可满足性传递算法。分析和应用表明，具有时序约束和满足依赖关系的与/或目标图，具有良好的工作流语义、目标描述能力和目标可满足性推理能力。
　　 2.目标描述逻辑方法研究。
　　 在智能agent研究领域，目标被区分为宣称型(Declarative)目标和过程型(Procedural)目标两种类型，前者表示agent期望达到的全局状态(Goal tobe)，具有整体性和稳定性：后者表示agent对动作结果的期望(Goal to do)，具有局部性和动态性。现有的目标描述方法，例如3APL、GOAL等，或侧重于宣称型目标，或侧重于过程型目标，缺乏综合描述能力。
　　 本文在描述逻辑(Description Logics，DLs)的基础上，通过引入目标包含、目标等价等算子和目标规划规则，构建了一种覆盖宣称型和过程型两类目标的目标描述逻辑(Goal Description Logics，GDLs)，建立了目标一致性和目标可满足性判定方法，给出了目标规划执行异常处理机制。分析和应用表明，GDLs能够有效地描述工作流目标及目标规划的实现过程，具有良好的目标一致性判定、目标可满足性判定和目标规划执行异常处理等能力。
　　 3.基于目标规划组合的多目标模型优化方法研究。
　　 在面向目标的迁移工作流应用中，迁移实例一次运行可能会同时携带多个业务目标说明，而这些目标说明之间又可能存在一些相同的目标规划步骤(行为)。因此，在迁移工作流建模阶段，研究多目标模型(说明)优化方法，对提高多目标迁移实例的工作效率具有十分重要的指导意义。
　　 本文基于GDLs形式化框架，在区分确定结果(Definite Effects)和可能结果(Possible Effects)的基础上，采用“相同步骤(行为)一次执行”的优化策略，通过目标规划组合，建立了DD型、DP型和PP型三种情况下的多目标模型优化方法。分析和应用表明，基于目标规划组合优化多目标模型，可以指导迁移实例有效减少迁移次数，提高其工作效率。
　　 4.基于目标描述逻辑的迁移工作流建模应用研究。
　　 本文针对GDLs应用需求，扩展了曾广周教授提出的迁移工作流系统结构，并以旅游服务预订为例，阐释了旅游目标描述、目标可满足性判定、多目标模型优化等建模过程。应用示例表明，GDLs为面向目标的迁移工作流建模提供了良好的形式化基础，具有很好的实用价值。
　　 本文的研究创新主要体现在以下几个方面：
　　 1.提出了一种具有时序约束和满足依赖关系的与/或目标图方法。
　　 时序约束定义了子目标之间的实现顺序，满足依赖关系蕴含子目标之间的可满足性传递。与目标与/或树相比，具有时序约束和满足依赖关系的与/或目标图，不仅丰富了目标描述的语义，而且支持基于满足性传递链的目标推理，有很强的目标描述能力和工作流建模适应性。
　　 2.提出了一种覆盖宣称型目标和过程型目标的目标描述逻辑方法。
　　 在面向目标的迁移工作流应用中，宣称型目标表示工作流管理者期望的全局性最终状态，过程型目标表示工作流管理者期望迁移实例就地利用位置服务后达到的阶段性局部状态，因此，那些只侧重某个目标类型的描述逻辑方法，不支持面向目标的迁移工作流建模应用，换句话说，本文建立的覆盖宣称型目标和过程型目标的目标描述逻辑方法，具有一定的创新意义。
　　 3.提出了一种基于目标规划组合的多目标模型优化方法。
　　 在基于目标描述逻辑的工作流说明中，目标规划用于指导迁移实例的迁移行为和服务利用行为。当迁移实例需要一次派遣实现多个业务目标时，多个目标说明之间可能存在某些相同的目标规划步骤，因此，基于目标规划组合实现多目标模型优化，可以消除迁移实例的迁移冗余性，有利于提高其工作效率。
　　 本文进一步的工作包括：在理论上将目标描述逻辑与资源逻辑结合起来建立消耗性资源、可重用资源等在内的逻辑描述系统，以提高面向目标工作流系统的可靠性和健壮性；在应用上建立目标实现时的协商、控制和意外处理机制，增加对模糊目标等的处理功能，以提高系统的实用性和效率。

目录

文摘

英文文摘

TABLE OF CONTENTS

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 Agent与Agent目标

1.2.1 Agent概念及相关理论

1.2.2 宣称型目标和过程型目标

1.3 迁移工作流技术

1.3.1 迁移工作流原理

1.3.2 面向目标的迁移工作流

1.4 本文的工作与创新

1.4.1 本文的工作

1.4.2 本文的创新

1.5 本文的组织

第2章 基于时序约束和满足依赖关系的与/或目标图方法

2.1 概述

2.2 时序目标图与带支持度的时序目标图

2.2.1 目标的定义

2.2.2 与/或目标树

2.2.3 时序与/或目标图

2.2.4 带满足支持度的时序目标图

2.3 目标可满足性的定性描述与推理

2.3.1 目标可满足性定性描述

2.3.2 目标之间满足性传递

2.3.3 目标满足性推理算法

2.4 目标可满足性定量描述与推理

2.4.1 目标可满足性定量描述

2.4.2 目标之间满足性传递

2.4.3 目标满足性推理算法

2.5 应用举例

2.6 相关工作的比较

本章小结

第3章 目标描述逻辑方法

3.1 概述

3.2 目标描述逻辑的语法和语义

3.2.1 目标描述逻辑的语法

3.2.2 目标描述逻辑的语义

3.2.3 目标规划

3.3 目标描述逻辑的推理

3.3.1 目标一致性判定

3.3.2 目标可满足性判定

3.3.3 规划执行异常及处理

3.4 应用举例

3.5 相关工作的比较

本章小结

第4章 基于规划组合的多目标模型优化方法

4.1 概述

4.2 多目标模型优化问题描述

4.3 两目标模型的优化方法

4.3.1 DD型优化问题

4.3.2 DP型优化问题

4.3.3 PP型优化问题

4.4 多目标模型的优化方法

4.5 应用举例

4.6 相关工作的比较

本章小结

第5章 基于GDLs迁移工作流建模的例

5.1 概述

5.2 面向目标的迁移工作流概念

5.3 旅游预订服务工作流建模的例

5.3.1 旅游预订目标描述

5.3.2 旅游预订目标一致性和可满足性判定

5.3.3 多旅游预订目标模型优化

5.4 面向目标的工作流建模语言

5.5 旅游预订目标建模实验与分析

本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

在读期间参与科研项目情况

学位论文评阅及答辩情况

外文论文