高雅楠，方賢文，王麗麗

（安徽理工大學(xué) 理學(xué)院，安徽 淮南 232001）

基于緊密度的配置業(yè)務(wù)流程模型一致性分析*

高雅楠，方賢文，王麗麗

（安徽理工大學(xué) 理學(xué)院，安徽 淮南 232001）

分析業(yè)務(wù)流程模型的一致性是業(yè)務(wù)流程模型管理的主要組成部分，現(xiàn)有的研究主要單一考慮流程模型的結(jié)構(gòu)一致性分析。然而，對于一個模型，考慮配置的時候可能是不一致的。因此，研究方法應(yīng)該結(jié)合配置信息的影響分析業(yè)務(wù)流程模型的一致性。對配置業(yè)務(wù)流程一致性分析進(jìn)行研究，提出了一種基于緊密度的配置業(yè)務(wù)流程模型一致性分析方法。首先給出控制流Petri網(wǎng)模型與數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)模型的定義及酒店預(yù)訂系統(tǒng)的模型，然后給出配置及緊密度的相關(guān)知識，同時提出配置業(yè)務(wù)流程模型一致性度的計(jì)算方法，最后通過計(jì)算酒店預(yù)訂系統(tǒng)的一致性度，驗(yàn)證了該方法的可行性。

業(yè)務(wù)流程；Petri網(wǎng)；緊密度；一致性；配置

0 引 言

在分析一致性時，大多數(shù)研究只關(guān)注業(yè)務(wù)流程控制流的一致性分析，卻對存在配置信息的業(yè)務(wù)流程一致性分析存在一定的不足。在帶配置的業(yè)務(wù)流程中，配置信息可以阻塞變遷發(fā)生﹑隱藏變遷發(fā)生﹑允許變遷發(fā)生以及升級變遷。這些變遷會影響行為的結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)信息的傳遞，因此業(yè)務(wù)流程配置一致性分析尤為重要。

目前，對于業(yè)務(wù)流程交互的一致性分析主要是在給定目標(biāo)模型的背景下，通過Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)知識，利用行為輪廓研究，找到流程模型變化的原因。主要的解決流程模型變化問題的方法有：分析語言學(xué)和流程行為方面，比較流程模型之間流程一致性或相似性，建立約束模型和語言等。文獻(xiàn)[1]基于跡等價的方法，提出了比較流程模型之間的句法和語義的等價標(biāo)準(zhǔn)，尋找流程模型的不同之處，即變化區(qū)域。文獻(xiàn)[2]在文獻(xiàn)[1]的基礎(chǔ)上，利用匹配流程模型的同步原理，管理控制具有不同抽象等級的流程模型之間的變化，但其普遍性還需進(jìn)一步完善。文獻(xiàn)[3]中，Weidlich等在研究模型的一致性測量時，將行為輪廓與跡等價比較，提出行為輪廓在測量上的優(yōu)勢。文獻(xiàn)[4]是基于行為輪廓的模型的服從度測量。對于沒有給定目標(biāo)模型的業(yè)務(wù)流程一致性分析，主要通過過程挖掘技術(shù)挖掘日志記錄文件的信息構(gòu)建出原模型，從而分析模型之間的一致性，主要通過挖掘技術(shù)和算法來實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[5]提出解決一致性分析問題中處理模型結(jié)構(gòu)問題的基于遺傳算法的挖掘算法。這種算法能夠在一定程度上處理信息的噪音，并且能夠處理重復(fù)任務(wù)﹑隱藏任務(wù)以及非自由選擇的結(jié)構(gòu)，但在某些方面仍有缺陷。文獻(xiàn)[6]提出了使用五個指標(biāo)來判定一致性程度，包括四個基本質(zhì)量維度和一個第五維度，分別是適合性﹑精確性﹑簡單性﹑概括性和結(jié)構(gòu)相似性。通過觀察到的行為改進(jìn)業(yè)務(wù)流程，使其與實(shí)際更適合，但這種方法基于被發(fā)現(xiàn)的偏離是合法的假設(shè)基礎(chǔ)上，具有一定的局限性。文獻(xiàn)[7]在假定配置流程模型是行為合理的情況下，提出了allowed（允許）變遷﹑hidden（隱藏）變遷﹑blocked（阻塞）變遷。文獻(xiàn)[8]提出了一種可以通過合作伙伴確保流程配置過程中正確性的方法。文獻(xiàn)[9]則提出了通過應(yīng)用配置對業(yè)務(wù)流程的活動﹑資源和數(shù)據(jù)對象進(jìn)行不同設(shè)置，從而滿足個別客戶的任務(wù)需求。文獻(xiàn)[10]提出一種基于本體論的語義驗(yàn)證方法，提高了對可配置的業(yè)務(wù)流程模型的驗(yàn)證。文獻(xiàn)[11]提出了一種基于數(shù)據(jù)流的可配置的業(yè)務(wù)流程模型的驗(yàn)證方法，通過處理數(shù)據(jù)語義對可配置的業(yè)務(wù)流程模型進(jìn)行驗(yàn)證。

基于上述研究，本文的主要結(jié)構(gòu)安排如下：第一部分主要介紹與本文相關(guān)的基本定義；第二部分闡述緊密度的概念及其計(jì)算方法；第三部分提出配置業(yè)務(wù)流程的一致性度的計(jì)算方法；第四部分則應(yīng)用實(shí)例說明該方法的可行性；本文的總結(jié)及未來工作放在第五部分。

1 基本概念

定義1[12]：（控制流Petri網(wǎng)）一個網(wǎng)N=(P,T;F)稱為Petri網(wǎng)，當(dāng)其滿足以下條件：

（1）P為控制庫所集，P≠?；

（2）T為控制變遷集，T≠?；

（3）P∩T=?；

（4）F=(P×T)∪(T×P)為控制庫所和控制變遷之間的流關(guān)系。

類似的，數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)可以類似于控制流Petri網(wǎng)得到，即當(dāng)滿足：

（1）數(shù)據(jù)庫所集Pd，Pd≠?；

（2）數(shù)據(jù)變遷集Td，Td≠?；

（3）Pd∩Td=?；

（4）數(shù)據(jù)庫所和數(shù)據(jù)變遷之間的流關(guān)系Fd=(Pd×Td)∪(Td×Pd)。

定義2[13]：（帶配置的業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)）G=(P,T;F)是業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)，CN是業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)的配置。配置的網(wǎng)βN(N,CN)=(PC,TC,FC)被定義為：

2 控制流Petri網(wǎng)模型與數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)模型

圖1給出了一個描述網(wǎng)上預(yù)訂酒店的業(yè)務(wù)流程實(shí)例。圖中反映了兩個方面的信息：控制流方面的信息和數(shù)據(jù)流方面的信息。控制流方面的信息主要是用來約束流程模型結(jié)構(gòu)，滿足服務(wù)的行為。例如，客戶登錄酒店預(yù)訂系統(tǒng)后選擇酒店，經(jīng)過身份驗(yàn)證后即可生成訂單，之后進(jìn)行付款，支付中心收到付款后才會發(fā)送短信通知客戶預(yù)訂成功；數(shù)據(jù)流方面的信息，如商品的價格可以分為普通用戶的商品原價和VIP用戶的優(yōu)惠價，預(yù)訂酒店的總消費(fèi)價格及賬單上返回的消費(fèi)金額等。

圖1 酒店預(yù)訂流程

上述是用BPM語言描述的業(yè)務(wù)流程。為了簡便﹑直觀，可以將上述流程轉(zhuǎn)換成Petri網(wǎng)模型進(jìn)行分析，而一個Petri網(wǎng)模型通常又可以分為控制流Petri網(wǎng)和數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)兩個Petri網(wǎng)模型。

2.1 控制流Petri網(wǎng)模型

控制流Petri網(wǎng)描述的是控制流在網(wǎng)中的運(yùn)行情況，體現(xiàn)對網(wǎng)模型的結(jié)構(gòu)約束關(guān)系?？刂屏饕话闶乔疤釛l件或期望效果。例如圖1中，只有在顧客選完房間提交訂單后，系統(tǒng)才會顯示訂單，即選擇房間是出訂單的前提條件，或出訂單是選擇房間的期望結(jié)果。因此，可以看出控制流Petri網(wǎng)是網(wǎng)N的一個子集。酒店預(yù)訂系統(tǒng)的控制流Petri網(wǎng)模型如圖2所示。

圖2 控制流Petri網(wǎng)

2.2 數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)模型

數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)描述的是網(wǎng)中各種數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)運(yùn)行過程中發(fā)生變化的情況。一般，數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)中不會發(fā)生變化，只是數(shù)據(jù)信息隨著序列的發(fā)生傳遞到下一個數(shù)據(jù)庫所中，且不是所有的數(shù)據(jù)庫所里所含的數(shù)據(jù)信息都一樣，數(shù)據(jù)庫所里的信息與其輸入和輸出有關(guān)。例如圖1中，酒店預(yù)訂系統(tǒng)針對顧客和會員顧客對房間的標(biāo)價不同，當(dāng)?shù)顷戭櫩驮谏矸葑R別時顯示為普通顧客，即決定購買的房間價格為138元；為會員顧客，酒店預(yù)訂系統(tǒng)給出8.5折優(yōu)惠。隨后，酒店預(yù)訂系統(tǒng)返回的賬單也是不一樣的消費(fèi)金額。此外，數(shù)據(jù)信息也會因?yàn)榫W(wǎng)所處的環(huán)境和網(wǎng)自身的結(jié)構(gòu)而發(fā)生變化。酒店預(yù)訂系統(tǒng)的控制流Petri網(wǎng)模型如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)

3 基于緊密度的配置流程模型一致性分析

3.1 配置信息的相關(guān)知識

一個業(yè)務(wù)流程模型的集合是一個可配置的業(yè)務(wù)流程模型，即一個業(yè)務(wù)流程模型能夠通過配置信息根據(jù)特定的要求進(jìn)行定制。配置信息包括隱藏﹑阻塞﹑允許和升級，通過隱藏或阻塞流程模型的某一部分配置流程模型，對模型需要的行為進(jìn)行選擇，隱藏或阻塞不需要的行為；通過對模型行為進(jìn)行升級，升為更高的級別。對于一般的BPM流程來說，可配置的流程模型可以看作是添加一些“內(nèi)容”到系統(tǒng)中。建立的一般流程模型反映不出一些企業(yè)或組織想要的狀態(tài)和信息，在此基礎(chǔ)上加入阻塞﹑隱藏或升級的內(nèi)容對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行定制化，使模型得到優(yōu)化。

在支付過程中，對于信用度低的顧客，在支付時只能選擇全額支付，這樣的情況可以在業(yè)務(wù)流程中通過添加配置信息來實(shí)現(xiàn)信用度低的顧客只能全額支付的功能，如圖4所示。

圖4 信用度低的顧客支付流程

3.2 緊密度的相關(guān)知識

模型與模型的緊密度是用k階繼承關(guān)系來測量兩模型中對應(yīng)元素間的行為距離，可用來檢測模型行為關(guān)系是否符合控制流與數(shù)據(jù)流模型的一致性。通過計(jì)算模型與模型的緊密度，可以得到完整的模型更符合哪個模型的行為關(guān)系。

定義3[14]：（k階繼承關(guān)系）設(shè)N=(P,T,F,C)為一個流程模型的Petri網(wǎng)，則σ∈N中的變遷對之間的k階繼承關(guān)系滿足如下條件：

其中，k=1,2,3…。

定 義4[14]：（ 緊 密 度） 設(shè)N=(P,T,F,C)和N'=(P',T',F',C')是兩個業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)模型。， (x, y)是N'=(P',T',F',C')中的任意一對變遷，且，則(x, y)間的緊密度用c(x, y)表示，定義為：

模型N'=(P',T',F',C')到N=(P,T,F,C)的緊密度為：

3.3 配置流程模型一致性計(jì)算方法

在判定模型間的一致性時，可以用緊密度反映兩個模型的一致性程度。在計(jì)算一致性度時，本文在最小k階繼承關(guān)系及緊密度定義的基礎(chǔ)上，得出一致性度的計(jì)算方法。

定義5[15]：（變遷匹配）設(shè)N1=(P1,T1,F1,C1)和N2=(P2,T2,F2,C2)是兩個業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)模型，用表示變遷之間的對應(yīng)關(guān)系，T1的匹配變遷集，T2的匹配變遷集。

定義6：（一致性度）設(shè)N=(P,T,F,C)和 N'=(P',T',F',C')分別是業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)模型﹑帶配置的業(yè)務(wù)流程Petri網(wǎng)模型。模型N'=(P',T',F',C')到N=(P,T,F,C)的一致性度為：

其中ρ(N,N')是存在差異的變遷對之間的緊密度，∑(x,y)表示存在差異的變遷對總和。

一致性度的計(jì)算方法如下：

（1）建立包含控制流Petri網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)模型的初始模型M0，對初始模型M0中不符合實(shí)際系統(tǒng)的位置添加配置信息，得到盡可能符合實(shí)際系統(tǒng)的模型M1；

（2）根據(jù)定義4得到模型M1中所有變遷的最小k階繼承關(guān)系；

（3）根據(jù)得到的最小k階繼承關(guān)系及定義5，計(jì)算模型M1與模型M0中存在不同最小k階繼承關(guān)系的變遷對之間的緊密度c(x,y)；

（4）根據(jù)定義6的公式，計(jì)算模型M1與M0的一致性度。

4 實(shí)例分析

用上述的業(yè)務(wù)流程圖實(shí)例驗(yàn)證方法的可行性。針對上述控制流Petri網(wǎng)與數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)的定義，得到的酒店預(yù)訂系統(tǒng)的初始模型如圖5所示。

圖5 初始的酒店預(yù)訂系統(tǒng)

圖5的酒店預(yù)訂系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程模型中的行為映射關(guān)系如表1所示。

在這個預(yù)訂系統(tǒng)中，若普通用戶也想升級為VIP用戶享受折扣優(yōu)惠，普通用戶和VIP用戶只能分開執(zhí)行；若有黑客接收到支付中心的消費(fèi)信息，修改付款總價格，且向支付中心付款的價格較低，此時支付中心通知酒店已收到付款后，隨即將酒店預(yù)訂成功短信發(fā)送給客戶包括酒店價格，可酒店系統(tǒng)并沒有檢查支付中心的付款數(shù)額，造成酒店實(shí)際只獲得了85元，卻在短信中顯示100元。

圖6是完整的酒店預(yù)訂系統(tǒng)的流程圖，通過添加配置信息完善了業(yè)務(wù)流程模型。對于普通用戶，實(shí)現(xiàn)了升級為VIP用戶的功能；在發(fā)送預(yù)訂成功短信時，為了避免短信中預(yù)訂酒店價格信息的金額和收到的金額不一致，需要對該金額進(jìn)行檢查。可見，通過配置實(shí)現(xiàn)了初始業(yè)務(wù)流程模型不能實(shí)現(xiàn)的功能。

表1 酒店預(yù)訂系統(tǒng)的行為映射關(guān)系

圖6 酒店預(yù)訂系統(tǒng)完整的流程

根據(jù)定義，得到圖6中模型的最小k階繼承關(guān)系，如表2所示。

表2 最小k階繼承關(guān)系

根據(jù)公式可以得到配置業(yè)務(wù)流程模型與初始模型的一致性度ξ≈0.80?？梢钥闯?，盡管配置業(yè)務(wù)流程已經(jīng)盡可能滿足實(shí)際系統(tǒng)，但兩個模型的一致性尚有待進(jìn)一步提高。

5 結(jié) 語

本文基于模型與模型的緊密度對配置業(yè)務(wù)流程模型進(jìn)行一致性分析。首先給出控制流Petri網(wǎng)模型與數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)模型的定義以及酒店預(yù)訂系統(tǒng)的建模，然后對添加配置信息的酒店預(yù)訂系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程模型進(jìn)行一致性分析。在計(jì)算一致性度時，先給出緊密度的定義及計(jì)算方法，并在此基礎(chǔ)上，給出配置業(yè)務(wù)流程的一致性度計(jì)算方法，同時對酒店預(yù)訂系統(tǒng)的實(shí)例進(jìn)行一致性分析。結(jié)果顯示，雖然配置業(yè)務(wù)流程已經(jīng)盡可能滿足實(shí)際系統(tǒng)，但一致性尚有待提高，下一步工作的重點(diǎn)將進(jìn)一步研究配置業(yè)務(wù)流程模型的一致性分析。

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Analysis on Consistency of Business-Process Configuration M odel based on Closeness

GAO Ya-nan, FANG Xian-wen, WANG Li-li

(College of Science, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

The consistency analysis of business-process model is a major part of the business-process model management, and the present research mainly focuses on structural consistency analysis of the process model. As for a model, consideration on the configuration may not be consistent, therefore, the research methods should be combined with the influence of the configuration information for consistency analysis of the business process model. In this paper, the analysis of business process configuration is discussed, and a closeness-based method for consistency analysis of business process configuration model is proposed. Firstly, the definition of the control flow and data flow Petri net model is given, and the model of hotel reservation system described, then the knowledge of configuration closeness expounded, and based on this, the calculation method for consistency degree of the business process configuration model suggested, and finally via calculating consistency of the hotel reservation system, the feasibility of this approach verified.

business process; petri nets; closeness; consistency; configuration

TP301.1

A

1002-0802(2016)-11-1486-07

10.3969/j.issn.1002-0802.2016.11.014

高雅楠（1992—），女，碩士，主要研究方向?yàn)镻etri網(wǎng)；

方賢文（1975—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)镻etri網(wǎng)﹑可信軟件﹑服務(wù)計(jì)算；

王麗麗（1982—），女，碩士，講師，主要研究方向?yàn)闃I(yè)務(wù)流程分析﹑軟件認(rèn)證。

2016-07-06;

2016-10-19 Received date:2016-07-06;Revised date:2016-10-19

國家自然科學(xué)基金（No.61572035，No.61272153，No.61402011）；安徽省自然科學(xué)基金（No.1508085MF111）；安徽省高校自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（No.KJ2014A067，No.KJ2016A208）

Foundation Item:National Natural Science Foundation of China(No.61572035,No.61272153,No.61402011);Anhui Provincial Natural Science Foundation (No.1508085MF111);Key Project of Natural Science Foundation of Anhui Province(No.KJ2014A067,No. KJ2016A208)