软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html,
Journal of Software,2011,22(3):417?438 [doi: 10.3724/SP.J.1001.2011.03962] https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html,
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?
过程感知信息系统中过程的动态演化
宋巍1,2+, 马晓星1, 胡昊1, 吕建1
1(计算机软件与新技术国家重点实验室(南京大学),江苏南京 210093)
2(南京理工大学计算机科学与技术学院,江苏南京 210094)
Dynamic Evolution of Processes in Process-Aware Information Systems
SONG Wei1,2+, MA Xiao-Xing1, HU Hao1, Lü Jian1
1(State Key Laboratory for Novel Software Technology (Nanjing University), Nanjing 210093, China)
2(Institute of Computer Science and Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)
+ Corresponding author: E-mail: wsong@https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html,
Song W, Ma XX, Hu H, Lü J. Dynamic evolution of processes in process-aware information systems. Journal
of Software, 2011,22(3):417?438. https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html,/1000-9825/3962.htm
Abstract: Supporting the evolution of process model at run-time stage and propagating the changes of process
model to the active process instances are fundamental requirements for any flexible process-aware information
systems (PAIS). Instance migration is regarded as the mainstream technique that deals with the dynamic evolution
of process-aware information systems. By using this technique, active process instances are migrated to the
modified process model, so that they can benefit from the optimization process. The challenges are 1) to guarantee
that the process instances can be correctly migrated to the modified process model; 2) to efficiently check whether
the process instances can be migrated. From this view, this paper surveys the state-of-the-art dynamic evolution of
processes in PAIS. Finally, some potential research directions on evolution of processes are proposed for future
references.
Key words: process-aware information system; process model; dynamic evolution; process instance migration;
correctness; high efficiency
摘要: 支持过程模型的动态修改并将过程模型的修改传播到当前正在运行的过程实例上,是柔性过程感知信息
系统的基本要求.过程实例迁移是应对过程感知信息系统中过程动态演化的主流技术途径,它将尚未执行结束的过
程实例动态地迁移到修改后的过程模型上继续执行,从而使得这些过程实例可以享受到过程优化带来的便利.过程
实例迁移的挑战在于保证过程实例迁移的正确性以及过程实例迁移检验的高效性,以此为切入点,综述了过程感知
信息系统中过程动态演化技术的研究进展.最后,展望了过程演化技术未来应当关注的研究方向.
关键词: 过程感知信息系统;过程模型;动态演化;过程实例迁移;正确性;高效性
中图法分类号: TP311文献标识码: A
?基金项目: 国家自然科学基金(60736015, 60973044, 61003019); 国家重点基础研究发展计划(973)(2009CB320702); 国家高技
术研究发展计划(863)(2009AA01Z117); 核高基重大专项(2009ZX01043-001-06)
收稿时间: 2010-04-22; 修改时间: 2010-06-10; 定稿时间: 2010-11-03
CNKI网络优先出版: 2010-12-08 15:17, https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html,/kcms/detail/11.2560.TP.20101208.1517.000.html
418 Journal of Software软件学报 V ol.22, No.3, March 2011
随着软件系统规模和复杂度的日益提高,编程的关注点从小规模编程(programming-in-the-small)逐步过渡到大规模编程(programming-in-the-large)[1].小规模编程关注于简单应用程序或单个模块的开发,而大规模编程关注于应用程序或模块间的组合与协同.通过复用已有的应用程序或模块,大规模编程能够便捷地开发符合要求的复杂软件系统.业务过程的建模和制定可以看作是一类大规模编程方式[2](例如BPEL[3]编程),业务过程模型(简称过程模型)描述了一系列的活动以及活动之间的执行顺序.依据业务过程,企业级的应用程序可以有效地组合在一起,从而实现预期的业务目标.
企业应用程序集成(包括B2B集成)的协同逻辑通过业务过程建模的方式被“显式”地刻画并维护,而不是固化在代码当中.由于过程模型保留了原先开发者对系统的认识,这种设计方式可以使企业应用程序集成能够快速地响应需求(目标)和环境的变化[4,5].过程模型显式化的思想在企业应用程序集成、工作流管理、计算机支持的协同工作以及Web服务组合等大规模编程领域得到了广泛应用[6?8].针对这些应用领域的共性,学术界凝炼出过程感知信息系统(process-aware information system,简称PAIS)[6,7]的概念:PAIS是一个以过程模型为基础,管理和执行一个包括人、应用程序和信息资源的可操作过程的软件系统[6,7].
随着Internet成为主流的计算平台,PAIS的运行环境也开始由企业内部封闭、静态与可控逐步走向了跨企业间的开放、动态与难控,这要求PAIS必须具有动态演化的能力[9].PAIS是一个复杂的系统,其演化可能涉及过程、数据、业务规则等多个方面.由于过程模型在PAIS中所起的基础性作用,数据、业务规则等方面的演化可以通过过程的演化而予以体现,因此,业界重点关注于PAIS中过程的动态演化.PAIS过程动态演化面临一些理论和技术上的挑战,其中一些技术难题尚未完全解决.文献[10]仅从过程演化正确性准则的角度综述了2004年之前过程演化方面的工作,但是并没有涉及过程动态演化的其他方面.近年来,随着服务计算等新型计算风范(paradigm)的出现,过程动态演化的研究得到了进一步发展.本文旨在从PAIS过程动态演化所面临的问题与挑战入手,提出一些与过程动态演化相关的技术框架,较为全面地综述了PAIS中过程动态演化方面的相关研究,希望能为PAIS动态演化的进一步研究提供一定的参考价值.
本文第1节概述PAIS中过程动态演化所面临的挑战.第2节~第4节分述现有方法与技术如何应对这些挑战.第5节总结全文,并指出PAIS中过程静态和动态演化未来应当关注的研究方向.
1 过程感知信息系统中过程的动态演化概述
1.1 背景知识
PAIS这类软件将过程模型显式化,使得过程模型与可复用的应用程序相分离.其中,过程模型对应于大规模编程,它描述了过程中活动(任务)之间的结构关系,如顺序、选择、并行等,而应用程序层则是一个由可复用软件实体(例如Web服务、Java组件等)构成的集合,集合中的软件实体是松散耦合的.实际的可操作过程可以通过为过程模型的各个活动绑定相应的软件实体而得到[6,7].过程模型与应用程序之间通过过程引擎(process engine)桥接.引擎生成并运行过程模型的实例(process instance),负责选取过程实例中各个活动的执行软件实体并监控过程实例的运行.与操作系统中进程的定义类似,过程实例是一个动态的概念:过程实例可以看作是相应过程的一次具体实施.活动执行实体的绑定遵循信息隐蔽(information hiding)的原则,只要执行实体满足活动的接口要求,执行实体的内部实现以及演化不会对过程以及过程实例产生影响.同时,过程模型显式化遵循关注分离(separation of concerns)的原则,当系统需要演化时,只需修改过程模型而无须修改底层的应用程序.例如,若将过程模型中原本顺序执行的两个活动改为并行执行,这一变动并不需要对绑定到活动上的执行实体进行修改.
为应对需求和环境的不断变化[9],PAIS过程应当具有自主演化的能力.PAIS的过程演化是指过程在交付使用之后,为了能够适应环境的变化、持续满足用户的需求而经历的一系列变更的过程.过程演化又区分为静态演化和动态演化两个方面:过程的静态演化主要是指根据需求和环境的变化,使用一些演化操作对过程模型进行修改,使过程模型从一个版本升级到另一个版本的过程;而过程的动态演化主要是指当过程模型发生改变时,将过程模型的相应变化动态地传播到正在运行的过程实例上的过程.PAIS的分层结构保证了其过程静态演化可以较为容易地实现.不同的过程版本对应着不同的过程模式(process schema),本文将过程版本升级前后的过
宋巍等:过程感知信息系统中过程的动态演化419
程模式分别称为源模式(source schema)与目标模式(target schema).
过程的动态演化主要有两类情形[11,12]:特设式(ad-hoc)演化和进化式(evolutionary)演化.特设式演化只影响特定的过程实例,它通常是由过程实例在运行过程中遭遇异常(exception)而引发的.例如,当负责执行某一活动的软件实体响应过慢,为保证相应过程实例能够在截止日期前完成,该过程实例可以跳过某些非关键活动的执行.这种个案处理的演化方式称为特设式演化,仅作用于特定的过程实例(只需要修改此过程实例所对应的过程模型),而不会影响到其他过程实例.注意:若过程实例的动态微调不会影响到过程模型以及后续的过程实例,那么这种过程实例的动态微调不是动态演化,但可视为过程的一种柔性机制[13].过程实例的进化式演化是由过程模型的修改与升级而引发的,模型的修改必然会对所有正在运行中的过程实例产生影响,这种由于过程模型升级所导致的过程实例演化称为进化式演化.特设式动态演化还是进化式动态演化的主要区别在于它们的起因不同,然而根据PAIS过程模型驱动过程实例执行的特点,这两种类动态演化的实现机理是相似的[11,12]:它们都需要首先进行过程的静态演化,而后进行过程的动态演化,即将过程模型的变动传播到正在运行的过程实例上.不失一般性,本文以过程实例的进化式演化为例来综述过程实例的动态演化.
随着服务计算风范的出现,PAIS中过程的含义有了新的发展.过程编制(process orchestration)从单个企业或组织的视角定义了一个过程的内部实现[14];而过程编排(process choreography)则从全局的视角描述了参与协作的各个过程间的对等消息交互[14],在本文中,过程编排又称为过程协作.过程编制和过程编排都可视为一种大规模编程方式.过程的动态演化可以发生在编制和编排两个层面上.
过程模型的制定,依赖于需求分析的结果以及预定义的环境信息.在运行阶段,PAIS的内外部需求以及运行环境往往会发生变更,从而导致过程模型的修改与升级,进而引发过程实例的进化式演化.需求和环境的变更具体表现为:业务过程的再工程(business process reengineering)、新的法律法规的出现、用户需求的变更等.新生成的过程实例应当按照目标模式执行,而如何处理源模式所遗留的过程实例是一个具有挑战性的问题,若处理不当容易引发过程模型版本管理混乱、过程运行与过程模型定义脱节等问题.一般而言,有3类处理方式[15]: (1) 按照目标模式从头开始执行,这类方式舍弃了已执行部分的运行结果;(2) 按照源模式继续执行,这类方式要么不能使当前的过程实例享受新模式带来的好处,要么不能满足新的法律法规或新的用户需求;(3) 尽可能地将当前的过程实例动态地迁移到目标模式下继续执行,这类方式避免了上述两类方式的缺点,成为过程实例动态演化的一种主流实现途径.注意:虽然可以采用个案处理的方式来应对过程实例的进化式演化,但当待迁移的过程实例数目较多时,需要多次重复同样的修改操作,这种处理方式低效且易错[16].而实例迁移机制无须逐一地修改过程实例,只需检验过程实例能否迁移到目标模式下运行即可.
过程实例能否迁移取决于过程实例的当前状态,过程实例的当前状态是由过程实例的变量及其当前取值(名值对)共同确定的.过程实例可迁移的前提条件是:该过程实例由当前状态迁移到目标模式后能够继续正确执行.原则上说,任意过程实例都可以迁移.对于那些不满足迁移正确性的过程实例,可以采用回退和补偿[17,18]等机制使得过程实例恢复到一
个可迁移状态(极端情况下可
能回退到初始状态),从而,那些
不可迁移的过程实例也变得可迁移[19,20].或者采用特设式的演化方式,由过程建模人员或程序员为每个不可迁移的过程实例量身打造一个专门的目标模式[19,21].然而,这涉及一个代价问题,只有当过程实例迁移所带来的收益大于补偿等措施所付出的代价时,相应的过程
I on S'
S: Source schema of a process model
S': Target schema of a process model
I: Process instance of a process schema
I on S
Migratable?
No
Process
engine
Fig.1 Process instance migration
图1 过程实例迁移
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实例才有必要迁移.在迁移机制下,可迁移的过程实例按照目标模式继续执行,而那些不可迁移的过程实例仍旧在源模式下执行(如图1所示).
1.2 过程动态演化面临的挑战
为支持PAIS过程的动态演化,需要在过程引擎中添加一个单独的模块,用于过程实例的可迁移性检验以及可迁移过程实例的状态映射.因此,过程引擎就具有了两方面的职能:(1) 基本职能:过程实例的创建与执行;
(2) 演化职能:过程实例的迁移.由于目标模式和源模式共享一个执行引擎,对于可迁移的过程实例,它到目标模式的状态映射是一个实现细节问题,因此,本文主要关注于PAIS过程动态演化理论层面的问题.
过程实例迁移的挑战在于保证过程实例迁移的正确性以及实例迁移检验的高效性[10].过程实例迁移是否正确,直接关系到过程实例能否迁移到目标模式下继续执行.从业务过程的角度看,过程实例迁移的正确性主要体现在两个方面:(1) 通用正确性:迁移过后过程实例依然可以顺利执行,而不会发生执行阻塞或流产等故障,若过程参与到一个全局的过程协作,过程实例的迁移不能影响到与其他过程的交互;(2) 特定应用正确性:过程实例从旧过程切换到新过程之后不会违反应用领域内的一些业务规则和用户的特定需求.过程实例迁移的检验效率也很关键,它关系到PAIS的服务质量.大多数PAIS系统是一类反应式系统(reactive system)[22],这类系统经常需要与用户或协作方进行交互.当PAIS过程需要演化时,为提高正在源模式下运行的过程实例与目标模式需求的匹配性,已运行过程实例需要立即暂停执行,直到过程实例迁移的正确性检验完毕之后方可恢复执行.当待迁移的过程实例较多时,系统演化可能会导致系统暂停服务的时间过长.这种类似于拒绝服务(denial of service)的情形对于用户与协作方来说是难以接受的,因此,还需保证实例迁移检验的高效性.该问题对那些具有实时性的PAIS过程尤为重要.
现有研究主要关注于过程实例迁移的通用正确性.不难发现,如果目标模式的正确性不能保证,那么迁移后的过程实例的正确性就无法得到保证.目标模式的正确性,是过程实例迁移正确性的前提条件.因此,应该首先明确过程模型的正确性定义.尽管存在多种不同的过程模型,但它们都是从控制流(control flow)和数据流(data flow)的角度来定义过程模型的正确性.过程模型的控制流正确性关注于过程模型的结构正确性,例如无死锁、弱终止性(weak termination)等;过程模型的数据流正确性则关注过程模型中活动之间数据依赖的可满足性,例如需要避免过程模型中某一活动的输入没有事先定义的情形.需要说明的是,过程模型的正确性定义的严格性与其验证的复杂性往往是一对矛盾,因此在实际应用中,我们应该依据需求制定合适的正确性定义.例如,在工作流管理(workflow management)领域,合理性(soundness)[23]从控制流的角度给出了过程模型(工作流网WF-net)的正确性定义.为使过程模型的正确性定义具有通用性,合理性仅从过程模型的结构角度进行定义,具体包括3方面的内容[23]:弱终止性(无死锁和活锁)、恰当终止性(无悬而未决的状态)、无死活动(任何活动都有机会发生).在合理性基础上,还需进一步考虑数据流正确性,以避免一些常见的数据流错误[24].需要说明的是,当某一过程参与到一个全局的过程协作中时,若该过程需要单独演化,不仅需要保证该过程目标模式的正确性,还要保持过程协作的正确性.因为直接验证过程协作的正确性较为复杂,并且协作方有时并不会公开其私有过程(private process)[18,25],所以当某一过程发生演化时,我们需要一种局部的检查方法来保证用目标模式取代源模式不会影响全局协作的正确性(伙伴服务不受影响)[26,27].
然而,即便目标模式是正确性的,仍然存在着过程实例迁移的正确性不能得到满足的情形.例如,当某一过程实例迁移到正确的目标模式后,该实例的执行可能进入了一个死锁状态,这往往是由于过程模型的演化过于激进,从而导致过程实例已执行过的部分与目标模式的定义不匹配而造成的.如果该过程实例的执行不可回退或者执行效果不可补偿,那么该过程实例不能进行迁移而应在源模式下继续执行.这就引入了一个研究问题:待迁移的过程实例满足怎样的正确性条件才可迁移到目标模式下?过程模型的正确性定义启发了研究者:过程实例迁移的通用正确性可以从不引入控制流错误和数据流错误的角度来定义[28].本文将实例迁移过程中所引发的控制流错误和数据流错误统称为动态演化错误(dynamic change bug)[11,28].例如,Aalst认为,若过程实例的迁移不会引入死锁或活锁、跳过活动、重复执行活动等动态演化错误[10],那么该过程实例就是可迁移的.对于待迁移的过程实例而言,由于它首先参照源模式执行而后参照目标模式执行,并且在源模式的何种状态下切换以及
宋巍等:过程感知信息系统中过程的动态演化421
切换到目标模式的何种状态下均不易确定,因此直接验证待迁移过程实例的正确性十分困难,从而很难检验待迁移过程实例是否可以迁移到目标模式下.实际上,因为过程实例的迁移需要将该实例在源模式下的执行状态映射到目标模式,对于一个一般的程序而言,确定某一状态映射所获得的目标状态是否有效(valid)是一个不可判定问题[29],其中,有效状态能够保证程序的执行,可以在有限时间内到达目标流程下的一个可达状态.上述结论表明,我们无法直接验证过程实例迁移的正确性.但是,我们可以为过程实例迁移的正确性找到一些充分条件,从而利用这些充分条件来判断过程实例是否可以迁移.本文将过程实例迁移的正确性定义作为检验过程实例可迁移性的源准则,而将源准则的充分条件作为检验过程实例可迁移性的目标准则,简称过程实例的可迁移性准则(migratability criteria).
过程实例迁移正确性的充分条件使得过程实例的可迁移性检验具有了切实的可操作性,这只是问题的一个方面.另一个方面在于实例迁移的速度问题[10,30].在实际项目中我们发现,过程实例迁移速度主要受以下3方面因素影响:(1) 可迁移性检验首先需要读取过程实例的已执行活动序列信息以及演化前后的过程模型信息,而这些信息可能持久化在系统的数据库中,从数据库中读取这些信息会花费一些时间;(2) 当获取了上述信息后,我们可利用现有的可迁移性检验方法来判断过程实例的可迁移性.现有过程实例的可迁移性检验方法时间开销很大,有些方法甚至是指数级的[31,32].当待迁移的过程实例很多时,实例可迁移性检验的效率问题会变得尤其突出;(3) 如果过程实例不可以迁移,那么过程引擎只需在演化前的过程模型上恢复过程实例的执行;如果过程实例可以迁移,此时需将过程实例的当前状态(实例变量的取值)映射到演化后的过程模型上.其中,因素(1)和因素(3)多依赖于具体的实现平台与技术,而因素(2)涉及更多的理论和方法.因此,就过程实例的迁移速度问题,我们仅关注过程实例可迁移性的高效检验.若过程实例可迁移,还需要进一步确定过程实例迁移的有效目标状态,即过程实例迁移到目标模式的何种状态下恢复执行.通过分析我们注意到,在现有的绝大部分方法中,过程实例的可迁移性检验与目标状态的确定紧密相关.因此,本文将这两方面问题放在一起进行分述.
通过上述分析,我们归结出PAIS过程动态演化需要考虑的3方面关键问题:(1) 目标模式的正确构建;
(2) 过程实例可迁移性准则的设定(需保证过程实例迁移的正确性);(3) 过程实例可迁移性的高效检验.其中:前两个方面在侧重于过程实例迁移正确性的同时,也会影响到过程实例迁移的效率;而第(3)个方面关乎过程实例迁移的效率(如图2所示).
Correctness of target schema
(1) Orchestration perspective
(2) Choreography perspective
Concrete checking
approaches
Migratability
criteria
Correctness of
process instance
migration
&
Efficiency
Correctness
Fig.2 Three key issues involved in the dynamic evolution of processes
图2 过程动态演化需要考虑的3方面关键问题
2 目标模式的正确构建
从源模式到目标模式的转变虽然是一种静态演化,但却是过程实例动态演化的基础.为保证过程实例迁移的正确性,需要保证目标模式的正确性.同时,如果演化过程参与到一个过程协作时,还必须保持过程协作的正确性,该问题可以转化为演化过程的目标模式与源模式的一致性(consistency)检验问题.
2.1 目标模式的正确性
过程模型通常用可视化的标记语言来表示.例如:面向领域专家的非形式化建模工具,如业务流程建模标注(BPMN)、事件驱动过程链(EPC);面向软件设计人员的形式化与半形式化工具,如UML活动图、有向图、Petri
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网、进程代数等以及在实现层面面向大规模编程的BPEL.经过业界的共同努力,这些过程模型大多能够相互转化[33?37].在学术界,Petri网被公认为是一种好的过程模型建模语言[23,38],原因在于:(1) Petri网的图形化表示;
(2) Petri网拥有严格的语义和形式化的分析技术;(3) Petri可以显式刻画过程实例的控制流执行状态;(4) Petri 网可以方便地描述多种过程模式[39].由于本文会涉及一些具体的理论与技术细节,为表达严谨,本文拟采用Petri 网来建模过程模型.因此,首先对Petri网的基础知识[38]作一简单介绍.
Petri网是一个三元组N=(P,T,F),其中:P={p1,p2,…,p m}为库所集合;T={t1,t2,…,t n}为变迁集合,且满足P∩T= Φ;F?(P×T)∪(T×P)为连接库所和变迁的有向弧集合.Petri网本质上是一个有向二分图,其中,库所用圆圈表示,变迁用方框表示,库所(变迁)只能通过有向弧与变迁(库所)相连.上述定义只描述了Petri网的结构部分,为表达Petri网的执行状态,托肯(token)被引入到Petri网中.这些托肯是一些标志,用小黑点表示.托肯只能包含在库所当中,托肯在Petri网库所中的分布即表示Petri网的状态,称为标识(marking).M常用来表示Petri网的标识,它是一个m维向量,其中,分量M(p)表示库所p中的托肯数,一般用M0表示初始标识.M=[p i,2p j]表示在标识M下,库所p i和p j中分别含有一个和两个托肯,而其余库所中不含托肯.本文用二元组(N,M)表示Petri网N下的标识M.在标识M下,若变迁t的每个输入库所都含有一个托肯,则t在标识M下有触发权(enabled),记为(N,M)[t?.具有发生权的变迁可以触发(fire),变迁t发生会消耗掉t的输入库所中的托肯,同时在t的每个输出库所中添加一个托肯,从而获得一个新的标识M′.上述过程可以表示为(N,M)[t?(N,M′).同样地,在标识M下,若变迁序列σ中的变迁可以接连获得触发权,记为(N,M)[σ?;若σ中的变迁全部触发后获得一个新的标识M′,该过程可以表示为
(N,M)[σ?(N,M′).
本文以基本Petri网为例说明业务过程的建模、验证以及演化问题.在处理一些实际问题时,基本Petri网的表达能力确实不足以支持实际业务流程建模.在这种情形下,我们可以采用高级Petri网、时间扩展的Petri网等[23,34,40].这需要根据所面临的问题选择合适的Petri网(或者其他模型)来建模业务流程.例如,如果实际问题涉及业务过程的时间行为特性分析或活动实时调度[40?42],那么可以选用时间扩展的Petri网对业务过程建模.我们可以利用现有的技术[33?35],将EPC、UML活动图、有向图以及BPEL等形式的过程模型映射为基本的Petri 网.其中,Petri网中的变迁表示过程中的活动,而标识表示某一过程实例的控制流状态[23].控制流状态标记了相应过程实例的执行进度,它的作用与程序计数器(program counter)的作用类似.
为保证目标模式的正确性,需要考虑两方面的问题:(1) 如何定义过程模型的正确性;(2) 如何验证目标模式的正确性.过程模型的正确性准则可以从两个层面进行定义:(1) 通用正确性:不涉及过程模型中各个活动的语义(semantics),仅从过程模型的结构(控制流)和数据依赖(数据流)的角度定义过程模型的正确性;(2) 特定应用正确性:考虑过程模型中各个活动的具体语义,将过程模型所应满足的领域知识(domain knowledge)[43,44]或用户指定的特定需求也列为过程模型的正确性定义.举一个特定应用正确性的例子:在医用工作流领域,病人不能同时使用Aspirin和Marcumar这两类药物.这些领域知识或用户需求可以用计算机易识别的规约(specifi- cation)或约束(constraint)的形式进行表示.此外,过程的原子性(atomicity)特性需要保证过程模型中任意一条路径上不会有一个不可重试的活动发生在一个不可补偿的活动之后[16,17].就通用程度和使用范围而言,过程的原子性介于通用正确性和特定应用正确性之间.但由于判断过程的原子性需要考虑过程中各个活动的可补偿性(compensability)以及可重试性(retriability)等语义信息,因此本文将过程的原子性归入特定应用正确性范畴.
当需要修改过程模型时,存在两种方法用以构建正确的目标模式:(1) 根据变动后的用户需求以及过程执行环境信息,从头开始重新构建目标模式或者对源模式进行修改而得到目标模式.然后检验目标模式,若目标模式不满足规定的正确性准则,则返回继续修改直到目标模式满足正确性为止;(2) 根据用户最新的需求以及过程执行环境的变化信息,在过程模型源模式的基础上进行修改(这些修改操作能够保持过程模型的正确性)以获得目标模式,这类方法被称为correctness by construction.现有工作大多采用第2类处理方式[18,32,45?48],因为它可以使过程模型的修改以增殖的(incremental)方式进行,修改后所得到的目标模式仍旧是正确的.当过程实例需要演化时,第2类处理方式为过程实例的迁移节省了时间,从而可以提高过程实例迁移的效率.过程模型所支持的增殖式修改操作与过程模型的正确性定义有关,过程模型的正确性定义越严格,它所支持的修改操作就越受限
宋巍 等:过程感知信息系统中过程的动态演化
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制,因此需要在它们之间加以权衡. 由于通用正确性是最基本的正确性准则,现有工作大多关注于过程模型的通用正确性,而除过程的原子性外[17,18],特定应用正确性关注还较少[43,44].业界普遍认为,过程模型的通用正确性应该从控制流和数据流的角度进行定义.过程模型的结构信息(活动执行顺序上的依赖关系)即反映了过程模型的控制流,而为了分析过程模型的数据流,需要将变量(数据)添加到过程模型中.目前有两类作法:(1) 将变量以及对变量的读写操作作为一阶实体(first-class entities)引入到过程模型中[30,49,50];(2) 将活动的输入和输出变量作为活动的标签附加到活动上[15,24].在第1类方法中,变量以及对变量的操作均被显式地刻画,这有助于过程建模人员发现数据流错误;这类方法的缺点在于,当使用它们对大规模系统进行建模时,相应的过程模型可能会变得非常复杂;第2类方法虽然不如第1类方法直观,但用第2类方法制定的过程模型较为简单.当过程模型需要演化时,需要保证目标模式控制流和数据流的正确性.下面,我们利用图3所示的技术框架对相关工作进行介绍. Control-Flow correctness Data-Flow correctness Domain knowledge Incremental checking
Correctness criteria
General correctness User requirements Application-Specific correctness
Fig.3 Technical framework for ensuring the correctness of the target schema
图3 保证目标模式正确性的技术框架
在工作流和业务过程管理领域,工作流网的合理性从控制流的角度定义了过程模型的正确性[23].合理性的定义包括以下3方面的内容:(1) 弱终止性(无死锁和活锁);(2) 恰当终止性(无悬而未决的状态);(3) 无死活动(任何活动都有机会发生).需要说明的是,过程模型合理性定义中的弱终止性可以保证过程模型是无死锁和活锁的,因此若某一过程模型存在死锁或活锁,那么它肯定不满足合理性.我们可以验证图4(a)所示的过程模型是合理的,因此它不存在死锁和活锁;而如图4(b)所示的过程模型则不满足合理性,因为:(1) 如果活动t 3早于活动t 2触发,过程实例的执行会进入一个死锁状态(只有库所s 5中含有一个拖肯而库所s 4中不含拖肯);(2) 如果活动t 5触发,尽管活动t 6可以触发,但却产生了活锁,因为活动t 2和t 4构成了一个无法跳出的死循环.因此,若图4(a)和图4(b)分别为某一过程模型的源模式和目标模式,那么目标模式将无法保持源模式的控制流正确性.为进一步
刻画工作流网的数据流,过程模型WFD-net [24]在工作流网的基础上将每个活动读、
写以及销毁的变量通过标签函数附加到相应的活动上.WFD-net 的控制流正确性定义与工作流网一致;虽然WFD-net 没有从正面给出数据流的正确性准则,但却指出了过程模型需要避免的几类数据流错误.工作流网支持一些可以保持过程模型控制流正确性的增殖式修改操作:删除活动[45]、添加活动、替换活动、调整活动间的执行顺序等[32],因此当过程模型需要演化时,可以利用这些增殖式的修改操作来构建正确的目标模式.下一步的工作可以探讨,是否可以将这些修改操作扩展到也能够保持过程模型的数据流正确性.
德国乌尔姆大学的ADEPT [30,49,50]项目组定义了一种有向图模型(称为WSM nets),用于过程模型建模. WSM Nets 不仅描述了活动、活动之间的控制依赖,还显式地刻画了变量(数据)以及活动对变量的读写操作.这种方法将活动以及数据均作为过程建模的一阶实体,从而将过程模型的控制流和数据流(数据读写)刻画在一个统一的模型中.WSM Nets 的控制流正确性主要包括两点:(1) 弱终止性;(2) 无死活动.该定义与工作流网的合理性定义类似.WSM Nets 的数据流正确性需要满足以下两条规则:(1) 任何活动的输入变量必须在使用之前被定义过;(2) 并发执行的两个活动不能写同一个变量(除非这两个活动通过同步弧进行同步).此外,ADEPT 项目从控制流变更的角度提出了若干种修改模式[46,47],这些修改操作的正确性可以通过前置条件(pre-condition)和后
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置条件(post-condition)予以保证.
(a) (b)
Fig.4 Process models without and with control flow errors [51]
图4 不存在/存在控制流错误的过程模型[51]
WIDE [15]项目提出的过程模型以及过程模型的正确性准则均与ADEPT 类似,虽然WIDE 也提出了一个完备的修改操作集来帮助获得正确的目标模式,然而该方法中的过程模型的正确性准则不够严格.例如,它的过程模型中可能存在死活动.此外,还有的工作通过引入一些模式不变量(schema invariant)来定义过程模型的正确性,并讨论了能够保持模式不变量的修改操作,从而利用这些修改操作可以获得正确的目标模式[48].
通过上述相关工作的讨论不难发现,过程模型的正确性准则决定了相应过程模型所能支持的增殖式的修改操作.这启发我们应该根据实际应用的需求,明确过程模型的正确性准则,然后再来考虑可以保持过程模型的正确性的修改操作.例如,我们的前期工作[52]根据服务组合领域的特点,首先给出了服务组合过程模型的数据流正确性定义,然后提出了一系列可以保持服务组合数据流正确性的演化操作准则.
2.2 目标模式与源模式的一致性
在开放环境下,跨组织的过程协作日益频繁.例如,为实现一个业务目标,某一过程会参与到一些全局的过程编排中.为保证单个过程发生演化时不会影响到与它交互的伙伴过程,不但需要保证目标模式的正确性,还必须保证该演化过程的目标模式与源模式之间的一致性.即用目标模式取代源模式后,能够保持演化过程所参与过程编排的正确性[25?27].因此,目标模式与源模式之间的一致性判断依赖于过程编排的正确性准则[23].过程编排层面的正确性准则与单个过程的正确性准则类似,可以从通用正确性和特定应用正确性两个层面进行考虑.然而,由于参与过程编排的过程可能具有无穷的状态并且过程间通信的异步性可能会使得通信信道中有无穷多个消息,从而导致用时序逻辑(temporal logic)刻画的过程编排的正确性准则不可判定[53,54].为此,现有工作大多考虑状态有限的过程编排,并主要从控制流的角度来定义过程编排的正确性.
在过程编排的通用正确性方面,现有工作主要还是从控制流的角度来定义的,例如不存在没有指定的接收(no unspecified reception)[55]、无死锁[27,56]、无死锁外加有限通信(limited communication)[57]、弱终止性(即无死锁和活锁)[58]等.需要说明的是,上述过程编排的控制流正确性定义也可以将数据流正确性考虑在内.例如,若某一活动的某一输入没有定义,那么该活动就无法执行,进而会引发死活动甚至死锁等控制流错误.特定应用正确性需要考虑过程编排中活动的语义信息,结合领域规则和用户需求而制定.例如,在跨组织工作流和服务组合领域,全局过程协作的原子性常用来作为过程编排的正确性准则[18].
因为直接验证过程编排的正确性较为复杂,并且伙伴服务有时并不愿公开其私有过程,所以当某一过程发生演化时,我们需要一种局部的方法(目标模式与源模式之间的一致性)来保证局部的过程演化不会影响全局过程编排的正确性[25?27].若过程P 1和过程P 2的组合满足某一过程编排的正确性准则,那么P 1和P 2称为相容的(compatible),与过程P 1相容的所有过程构成P 1的相容伙伴过程集合.若过程P 1的任一相容伙伴过程也是过程P 2的一个相容伙伴过程,那么过程P 2与过程P 1满足一致性(过程P 1可以被过程P 2替换).一致性的定义,保证了符合相应条件的过程替换不会影响到全局过程协作的正确性.此外,通过一致性的定义我们不难发现,过程间的一致性其实是一种前序关系(preorder)[56].前序关系是一种满足自反性、传递性的二元关系,因为前序关系对对
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称性没有要求,所以等价关系和偏序关系都是前序关系. 由于与某一过程P 1相容的过程可能是无穷的,直接按照定义来判断过程的一致性会面临一些挑战.因此,前期的研究大多关注于是否可以使用经典进程代数理论中的进程等价关系如路径等价(trace equivalence)、互模拟(bi-simulation)等来作为一致性准则[26].强互模拟(strong bi-simulation)是过程间最强的一种等价关系,不管过程编排的控制流正确性准则如何定义,满足强互模拟关系的过程替换都可以保证过程编排的正确性,因此,强互模拟关系可以用来作为过程间的一致性准则.然而,强互模拟对于过程演化来说过于严格,因此业界致力于研究尽可能弱化的过程一致性准则,有如下两条途径:(1) 在过程间的等价关系中寻找.一些弱化的互模拟关系如弱互模拟(weak bi-simulation)等可用于定义过程间的一致性.由于过程的内部非确定性选择(internal non- deterministic choice)可能会导致过程通信的死锁,因此路径等价不适合用来定义过程间一致性[59];(2) 在过程间的偏序关系中寻找.由于目标模式强模拟(strongly simulating)源模式并不能保证过程替换后全局过程编排的无死锁性,因此强模拟关系以及经典进程代数中的其他偏序关系均不适合用来定义过程间的一致性[26,59].在过程实现(或过程优化)等方面的研究中,业界提出了行为继承(behavior inheritance)[60]和参照(accordance)[27,56?58]等偏序关系来作为过程间的一致性准则.需要说明的是,这些偏序关系同样适用于定义目标模式与源模式之间的一致性.
为利用过程间一致性的定义来指导过程演化,我们需要考虑如何保证目标模式与源模式的一致性.有以下两类方法:(1) 根据过程间一致性的定义验证目标模式与源模式的一致性;(2) 通过定义一些可以保持过程间一致性的增殖式修改操作(或称转换规则)来保证目标模式与源模式的一致性.第(2)类方法有助于不了解形式化方法的过程建模人员高效地设计符合要求的目标模式.图5对上述技术路线进行了总结,其中,列在各个坐标轴中的条目仅是示意性的描述而非严格的全序关系. Deadlock freedom Weak termination Application-Specific LTL/CTL properties Trace equivalence
Bisimulation
Behavior inheritance
Accordance
Correctness criteria Full checking
Incremental checking
No unspecified reception Atomicity
Fig.5 Technical framework for ensuring the consistency between the target and source schemas
图5 保证目标模式与源模式一致性的技术框架 过程间的一致性问题在过程替换方面的研究中得到了广泛关注[25?27,58?61].通过过程编排,过程协作的各个参与方可以明确自己的过程协议(process protocol),从而明确自己如何与其他过程进行交互.过程协议包括了一系列通信操作以及这些操作之间的依赖关系.在某些文献中,过程协议也被称为公共视图(public view)[25]或契约(contract)[62].过程协作的参与方根据过程协议来实现自身的内部过程(例如orchestration),这种设计方式被称为契约式设计(design by contract).在契约式设计的研究中,文献[55]将“不存在没有指定的接收”看作是最基本的过程编排正确性准则,它规定如果过程编排中的任一过程在任意状态下都不会收到它没有事先指定的消息,
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那么该过程编排就被认为是正确的.在这种正确性定义下,作者提出了相应的过程间的一致性定义(该定义没有标注在图5中):若某一过程实现在任一状态下所能接收的消息不少于过程协议在相应状态下所能接收的消息,同时过程实现在任一状态下所能发送的消息不多于过程协议在相应状态下所能发送的消息,那么该过程实现可以替换过程协议.同样的结论适用于目标模式对源模式的替换.然而,“不存在没有指定的接收”这种过程编排的正确性定义不能保证无死锁,因此作者进一步提出了过程编排无死锁条件下的过程一致性定义,这种一致性定义可看作是下面将要介绍的依照关系的特例.
在契约式设计中,行为继承和参照等一致性准则不受限于某一特定的过程编排正确性准则.过程的投影继承(projection inheritance)定义了一种一致性关系[25,60],它允许在父类过程的基础上有条件地添加可以抽象为哑元(silent action)的非通信活动等一组增殖式的修改操作,例如在两个活动之间添加一个新的非通信活动.该定义基于分支互模拟(branching bi-simulation)[11]的概念,因此能够保证当用一个子类过程替换一个父类过程时,过程编排的正确性依然满足[22].然而,这种继承关系仍然较为严格,例如它们不允许将彼此间没有数据依赖关系的顺序执行的活动变为并行执行.
依照(accordance)[25,27,56?58]规定,在保证过程通信活动不变的前提下,若过程P2的相容伙伴过程集合包含过程P1的相容伙伴过程集合,过程P2可以用来替换过程P1.不难发现,依照关系与过程间一致性定义完全吻合,因此满足依照关系的局部过程替换能够保证全局过程编排的正确性.问题的难点在于,某一过程P1的相容伙伴过程可能是无穷的,因此判断过程间的依照关系是一个具有挑战性的问题.经过业界的努力,某一过程P的相容伙伴过程集合可以用有限的方式(带注释的状态机)进行表示,从而使得判断两个过程的相容伙伴过程集是否存在包含关系变为可能[56,57].已经证明,投影继承关系是一种特殊的依照关系[25],因此依照关系更加弱化.除支持投影继承所支持的修改操作外,它允许更多的可以保持过程间一致性的修改操作.例如,它支持将两个没有数据依赖的连续执行的活动变为并行执行,也允许交换它们的执行次序.基于依照关系,文献[61]讨论了BPEL流程之间的一致性问题,并提出了一系列能够保持BPEL流程一致性的BPEL语法层面的增殖式转换规则.此外,文献[59]所定义的“模拟”关系与依照关系类似.
在特定应用正确性方面,为保证过程协作的原子性,文献[63]给出了过程模型修改操作所应遵守的准则(guideline).若某一参与过程依照这些准则进行演化,那么该过程的演化不会破环全局过程编排的原子性.
上述工作大多从控制流的角度考虑过程模型演化前后的一致性,而较少将过程模型的数据流或数据依赖因素考虑在内.下一步的研究问题可以关注过程演化时的控制依赖(control dependence)一致性和数据依赖(data dependence)一致性.
3 过程实例可迁移性准则的设定
当过程模型演化时,目标模式的正确性以及目标模式与源模式的一致性是一种静态正确性,它们可以保证新创建的过程实例的正确性,即从目标模式的初始状态开始执行的过程实例的正确性.然而,当过程模型演化时,还应保证那些在源模式下创建并且尚未执行完毕的过程实例的正确性,即要求迁移的过程实例必须能够遵守目标模式正确性所规定的性质.过程实例迁移的正确性是一种动态正确性.
为了让过程实例的执行尽快地享受到目标模式所带来的便利,当过程模型演化时,过程引擎应立即暂停过程实例的执行,并尽可能地让过程实例在当前状态下进行迁移.然而,待迁移的过程实例能否遵守目标模式正确性所规定的性质,与过程实例的当前状态有关.若过程实例执行得太快以至于它的执行历史和当前状态不能匹配目标模式的定义,那么过程实例从当前状态迁移就可能无法保证迁移的正确性.存在以下两种可能的补救措施[10,19,20]:(1) 状态回滚(state rollback),利用活动补偿等措施使得过程实例的执行回滚到先前的一个状态,该状态可以保证过程实例的正确迁移;(2) 延迟迁移(delayed migration),这种补救措施需要保证存在着一个后续状态使得过程实例能够正确迁移.例如,当过程实例的执行处于一个循环中时,当过程实例执行下一次循环的时候可能自动地回退到一个能够保证过程实例迁移正确性的状态.若通过以上机制仍不能保证过程实例迁移的正确性,那么相应过程实例不能迁移到目标模式下.
宋巍 等:过程感知信息系统中过程的动态演化
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当寻找到一个可迁移的状态后,过程实例的迁移需要将可迁移状态下的相关变量(源模式和目标模式下所共有的变量)的取值映射到目标模式下,同时为目标模式下所独有的变量赋予相应的缺省值[64].由于过程模型的源模式和目标模式共享一个引擎,从源模式到目标模式之间的状态转换可以在一定程度上实现自动化,必要的时候需要程序员手工控制.需要说明的是,过程实例在暂停的时间内仍有可能收到外部的消息和事件,这些消息和事件可以暂时保存在专门的队列里,等过程实例恢复执行后再予以处理[64].
综上,图6总结出过程实例迁移需要考虑的4方面关键问题.据此,表1对过程实例迁移的代表性工作进行了归纳比较.其中,过程实例迁移的正确性准则(见第3.1节)以及相应的可迁移性准则(见第3.2节)对保证过程实例迁移的正确性具有至关重要的作用.因此,下面主要针对这两方面的研究现状进行综述
.
Fig.6 Technical framework for process instance migration
图6 过程实例迁移的技术框架
Table 1 Comparison of related work on process instance migration
表1 过程实例迁移相关工作的比较 Representive work
Correctness criteria Migratability criteria & checking Migration occasion State mapping Flow nets [28,67]
Deadlock freedom Schema level Current state Manual control WF-Nets [11,31,51]
Validity (including weak termination, duplication and skipping of tasks)Schema level Current state Automatic control WIDE [19]
Legality (similar to weak termination) Instance level Current state & state rollback Automatic control ADEPT [12,16,30,43,44,49,50]
Soundness (similar to weak termination) and application-specific LTL properties Instance level Current state & state rollback & delayed migration Automatic control eFlow [64]
Behavioral consistency (including atomicity) Instance level Current state & state rollback Automatic control ServiceMosaic [21] Compatibility
(similar to weak termination) Instance level
Current state Automatic control Mia [68] Deadlock freedom Schema level
Current state & delayed migration Automatic control Dilepis [15,52,71] Valid migration (considering both control flow and data flow corrcetness) Instance level
Current state & delayed migration Automatic control LiveMig [32] Valid migration (considering control flow corrcetness) Schema level
Current state & delayed migration Automatic control IBM WID and WPS extension [66] Valid migration (considering both control flow and data flow corrcetness) Schema level
Current state & delayed migration Automatic control RAPIDware [65] Application-specifi LTL
properties
Instance level Current state &
rollback Automatic control
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3.1 过程实例迁移的正确性准则
本文第1节已经说明了过程实例迁移的必要性,然而并非所有的过程实例都是可迁移的.为判断过程实例的可迁移性,应该明确指定过程实例迁移的正确性准则.尽管不同的研究者分别提出了不同的过程实例迁移的正确性准则,但这些正确性准则往往是从“避免出错”的角度来定义的[10,11,15,28].根据错误类型的不同,现有的过程实例迁移的正确性准则也可分为两类:(1) 通用正确性准则;(2) 特定应用正确性准则.不难发现,这与过程模型的正确性分类类似.
过程实例迁移的通用正确性准则不涉及过程模型中各个活动的具体语义,它的出发点在于保证过程实例在过程模式切换的情况下依然能够顺利执行并达到预定的终止状态.导致过程实例在迁移后不能达到终止状态的动态错误主要有两类:(1) 控制流错误:过程实例在迁移执行后进入死锁或活锁状态;(2) 数据流错误:过程实例迁移之后当执行某一活动时,该活动的输入没有事先定义或被不合理地定义.上述两类错误通常被称为动态演化错误[11,28],其发生的原因是:(1) 目标模型存在控制流和数据流错误,这种错误情形可以通过目标模式的正确性予以避免;(2) 模式演化过于激进,导致待迁移过程实例的已执行部分不符合目标模式的定义.例如,过程实例已经执行了源模式下的活动a1,但在目标模式下活动a1的输入发生了改变.在这种情形下,如果把过程实例迁移到目标模式下很可能会引发数据流错误,从而导致过程实例无法正常运行并使过程实例不能达到预定的终止状态.为避免把不该迁移的过程实例迁移到目标模式下,可以将“过程实例迁移不会引入动态演化错误”作为一种通用过程实例迁移的正确性准则.符合该准则的过程实例可以迁移到目标模式,不符合该准则的过程实例应该在源模式下继续执行.
在一些特定的应用领域中,过程模型以及过程实例还需满足一定的领域知识,这些领域知识代表了特定领域的业务规则或用户的个性化需求.当过程模型发生演化时,不仅需要保证目标模式不会违反领域知识,还应判断过程实例的迁移是否会违反这些领域知识.因此在有领域知识的情况下,一个过程实例能够迁移不仅要满足通用正确性准则,还要满足特定应用正确性准则[43,44].例如,过程的原子性以及隔离性可以作为一类特殊的特定应用正确性准则[63,64].在软件自适应领域,文献[65]将这两类准则统一为用时序逻辑描述的系统规约,某一进程能够从源程序迁移到目标程序的前提条件是,该进程的迁移不会违背系统所定义的规约.
在如图6所示的过程实例迁移正确性准则中,过程实例迁移的有效性是最为基本的准则.过程实例迁移的有效性要求在目标模式下存在一个有效的迁移状态,在该状态恢复过程实例的执行能够保证过程实例可以在有限时间内到达目标模式下的一个可达状态.只有当过程实例的迁移满足有效性时,检验过程实例的其他正确性准则才有意义.然而在一般情形下,过程实例迁移的有效性是一个不可判定问题[29].为此,研究者分别提出了一些能够保证过程实例迁移有效性的充分条件作为过程实例的可迁移性准则.
3.2 过程实例的可迁移性准则
由于现有的可迁移性准则仅是过程实例有效迁移的充分条件而非必要条件[15],所以不满足某一可迁移性准则的过程实例也有可能保证过程实例迁移的有效性.我们认为,过程实例的可迁移性准则的设定是过程实例迁移正确性(具体是有效性)和实例迁移检验高效性的权衡考虑,实例可迁移性准则在保证过程实例迁移正确性的同时,也兼顾了过程实例迁移的高效性.需要说明的是,若过程实例迁移是有效的,那么根据有效性的定义不难发现,过程实例的迁移也不会引入死锁或活锁等错误.因此,当用可迁移性检验准则确定了过程实例迁移的有效性时,可以在此基础上进一步验证其他正确性准则(例如一些用时序逻辑描述的属性)是否成立.下面,我们具体介绍过程实例的可迁移性准则以及它们如何保证目标状态的有效性.
现有的过程实例可迁移性准则可分为两类:(1) 模式级的可迁移性准则;(2) 实例级的可迁移性准则.模式级的可迁移性准则直接在源模式和目标模式的状态之间建立映射关系,而无须考虑待迁移过程实例的历史执行信息.因此,该类准则又称为结构准则[30].与此相反,实例级的可迁移性准则是根据过程实例的历史执行信息(trace)来判断过程实例的可迁移性.因此,该类方法又称为行为准则[30].无论是模式级准则还是实例级准则,都必须满足以下两个条件:(1) 过程实例可迁移性准则必须保证过程实例迁移的有效性;(2) 过程实例的可迁移性准
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则不能过于严格.
3.2.1 模式级的可迁移性准则 模式级可迁移性准则的代表性工作是Aalst 提出的过程继承技术[11],过程之间的继承关系是在阻塞(blocking)和隐蔽(hiding)两个算子的帮助下通过分支互模拟关系来定义的.若目标模式S ′和源模式S 之间存在着继承关系,则可以在S 和S ′的状态之间建立起一种部分映射(partial mapping).通过状态映射即可获得待迁移过程实例的有效目标状态,从而运行在源模式S 下的过程实例可以迁移到目标模式S ′下.需要说明的是,基于过程继承技术的过程实例迁移只涉及控制流状态映射而没有考虑数据流的状态映射.
在多数情况下,过程实例的有效目标状态可以通过幂等映射(idempotent mapping)直接获得.例如,图7(a)和图7(b)是用Petri 网描述的某一过程模型的源模式S 和目标模式S ′,S ′在S 的库所p 2和p 4之间增加了一个选择分支(活动t 4和t 5构成的分支).如果将此分支阻塞,则S ′与S 符合分支互模拟关系.因此,S ′与S 满足继承关系,即S ′是S 的子类.因此,运行在源模式S 下的过程实例可以迁移到目标模式S ′下,且通过幂等映射即可求出相应的有效目标状态.图7(a)和图7(b)刻画了处于S 的状态(S ,[p 3])下的过程实例可以迁移到S ′的(S ′,[s 3])状态下,并且不难发现目标状态(S ′,[s 3])是有效的.同样地,若图7(b)为源模式S ,图7(a)为目标模式S ′,除状态(S ,[s 5])外,S 下其余状态都可以通过幂等映射得到相应的目标状态.因此,这种过程继承技术的方法有时只能建立部分映射.此外,在某些情况下,过程实例的目标状态需要在幂等映射的基础上作适当调整.例如,图7(c)和图7(d)是用Petri 网描述的某一过程模型的源模式S 和目标模式S ′,S ′在S 的基础上增加了一个与活动t 2并行执行的活动t 4.如果对活动t 4施加隐蔽操作,则S ′与S 符合分支互模拟关系.在建立S 与S ′的状态映射时,需要在幂等映射的基础上作适当调整.如图7(c)和图7(d)所示,如果将状态(S ,[p 3])映射到(S ′,[s 3]),(S ′,[s 3])不是一个有效目标状态(该状态在目标模式下不可达),过程实例迁移后会发生死锁.此时,需要在库所s 5中添加一个拖肯.当然,也可在库所s 6中添加一个拖肯,但这种方式将跳过变迁t 4,当变迁t 3数据依赖于t 4时会引发数据流错误.
(a) (b)
(c) (d)
Fig.7 State mapping between source and target schemas with inheritance relation
图7 过程继承条件下源模式与目标模式之间的状态映射
过程继承技术虽然可以保证目标状态的有效性,但该方法能够适用的前提是源模式和目标模式之间存在继承关系,当这种关系不成立的情况下,过程继承技术不再适用.为弥补这一不足,Aalst 提出了一种不限定过程模型演化类型的过程实例迁移方法[31].该方法通过比较变化前后的过程模型,找出过程模型中所有发生了变化的区域.只有当过程实例不在变化区域里执行的时候,才允许该过程实例的迁移.若考虑数据流因素,还应利用变化活动之间的数据依赖关系来帮助划分变化区域[66].虽然这类方法可以避免动态演化错误,但可能使某些过程实例不能在第一时间进行迁移,从而使得这些过程实例不能立即享受到过程演化所带来的好处.
此外,Ellis 通过引入额外的跳转变迁(称为flow jumper)建立起源模式和目标模式的状态映射[67].这种方法可以保证目标状态的有效性.然而,该方法需要过程模型建模者手工设定跳转变迁,并且网的规模也因跳转变迁的引入而变得较为复杂.因此,该方法并没有得到普及.需要说明的是,现有的模式级可迁移性准则大多只关注于实例迁移的控制流而忽略了数据流[11,67,68].若想进一步了解模式级可迁移性准则的早期研究(2004年之前),t 2t 1t 4t 3
t 5s 1s 2s 3s 54t 2t 1t 3p 1p 3p 2p 4t 2t 1t 3p 1p 3p 2p 4t 2
t 1t 3s 1s 3s 2s 4t 4s 6s 5
430
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读者可见文献[10].
3.2.2 实例级的可迁移性准则 实例级的可迁移性准则根据过程实例的执行历史信息(已执行的活动序列)来判断相应实例的可迁移性.这类方法的优点在于它不限定过程模型的演化类型,从而可以支持更多的过程模型修改操作.最常用的一种实例级的可迁移性准则是轨迹重现(trace replaying)技术[19].这里的轨迹是抽象的,它是实际可操作过程的执行轨迹在过程模型抽象层次上的表现[69].轨迹重现技术的基本思想是,检查待迁移过程实例的已执行活动序列σ是否可以在目标模式下重现.如果σ可以在目标模式下重现,那么该过程实例可迁移;反之,该过程实例只能继续运行在源模式下.注意:在检验σ是否可重现时,不仅要求σ中的每个活动能够在目标模式下重现,而且要求每个活动的输入和输出变量也要在目标模式下重现.
轨迹重现技术要用到过程实例的已执行活动序列信息,因此需要过程引擎能够将过程实例的已执行活动按照结束时间的先后顺序记录在内存或外存中.当过程模型由源模式S 演化到目标模式S ′时,若S 下某一过程
实例的已执行活动序列σ可以在S ′下按照既定顺序重现,即有(S ′,0
M ′)[σ?(S ′,M ′)成立,那么该过程实例可以迁移 到目标模式,且目标状态为(S ′,M ′).由于(S ′,M ′)是S ′的一个可达状态,因此相应实例迁移是有效的.因此,轨迹重现技术满足可迁移性准则的第1个条件:保证过程实例迁移的有效性.同时,相对于过程继承技术,轨迹重现技术的粒度更低,它可以对单个过程实例的可迁移性进行分析而无须考虑模式之间的继承关系.因此,轨迹重现技术具有更好的柔性.一方面,对于图7中的两种情况,利用轨迹重现技术同样可以检验相关过程实例的可迁移性.另一方面,轨迹重现技术能够支持更多的过程实例迁移.例如,图8(a)和图8(b)分别为过程模型的源模式S 和目标模式S ′,其中活动t 1~t 4的输入和输出保持不变.过程继承技术不允许将S 中的过程实例迁移到S ′中,因为S 和S ′不存在继承关系.然而,轨迹重现技术允许将S 中的任意过程实例迁移到S ′中,并允许将S ′中的部分过程实例迁移到S 中.例如,S 中已执行活动序列为t 1t 2的过程实例可以迁移到S ′的状态(S ′,[s 3,s 4])下恢复执行,S ′中已执行活动序列为t 1t 2的过程实例可以迁移到S 的状态(S ,[p 3])下恢复执行.
(a) (b)
Fig.8 Migratability checking for process instances based on the technique of trace replaying
图8 基于轨迹重现技术的过程实例可迁移性检验
如果目标模式所作的修改只影响到过程实例未曾执行过的区域,那么按照轨迹重现技术,该过程实例是可迁移的.待迁移过程实例的已执行活动序列不能在目标模式下重现的原因在于,目标模式修改了该待迁移过程实例已执行过的区域.然而在某些情形下,即使目标模式修改了该待迁移过程实例已执行过的区域,过程实例的迁移并不会引入动态演化错误,此时,传统的轨迹重现技术显得过于保守.因此,研究者们对传统的轨迹重现技术进行了弱化[10,14,50,70,71].下面对可弱化的情形以及相应的弱化途径作简要介绍.
针对循环修改操作的弱化[50,70]:当过程模型存在着循环(loop),目标模式可能对源模式中循环的内部结构进行了修改.若源模式下,某一过程实例在相应的循环体内重复执行的次数超过一次,如果采用轨迹重现技术作为准则,该过程实例的已执行活动序列很可能无法在目标模式下重现.然而在通常情况下,只有循环的最后一次执行才能对过程实例的后续执行产生影响.为此,在进行轨迹重现时,可以忽略循环的历史执行(最后一次执行除外)所记录下来的活动条目[50].由于这种处理方式去除了待迁移过程实例的已执行活动序列中与可迁移性检验不相关的信息,轨迹重现技术得以弱化.需要说明的是,这种弱化同样适用于嵌套循环.
针对删除活动操作的弱化[70,71]:目标模式可能删除源模式中的一些活动,如果某些删除的活动已经记录在该过程实例的已执行活动序列中,那么按照传统的轨迹重现技术,相应过程实例是不可迁移的.然而,重现在目t 2t 1t 3p 1p 3p 2p 4t 2t 1
t 4s 1s 3s 2s 6t 3s 5s 4t 4p 5
宋巍等:过程感知信息系统中过程的动态演化431
标模式下已经删除的活动并没有意义.因此在进行轨迹重现检验时,可以忽略目标模式下已删除的活动.
针对交换活动执行顺序操作的弱化[15]:目标模式可能颠倒了源模式下两个活动执行的先后顺序,若这两个活动已经记录在某一待迁移过程实例的已执行活动序列中,按照传统的轨迹重现技术,则该过程实例不可迁移.然而,如果这两个活动之间不存在数据依赖关系,它们的执行顺序并不关键.在这种情形下,也应允许该过程实例的迁移.
针对增加活动操作的弱化[15]:目标模式可能在源模式的两个活动a和b之间添加一个或多个新的活动,若a 和b已经记录在某一过程实例的已执行活动序列中,那么按照传统的轨迹重现技术,该过程实例不可迁移.然而,如果a和b之间添加的活动并没有影响到活动b的变量使用情况(但可能影响到b的后续活动的变量使用),则活动a和b的执行结果可以在目标模式下重用.此时,可以将过程实例迁移到目标模式下活动a执行后所得的状态下继续执行.当执行到活动b时,可以重用在b在源模式下的执行结果而无须重新执行.这种情形下,过程实例也被认为可以在目标模式下重现(称为分段重现).
轨迹重现技术的放松途径(1)~途径(4)分别从4个不同的侧面对传统的轨迹重现技术进行了放松,将它们进行组合可以得到更多的放松途径.同时,放松途径之间的松弛程度的比较构成一种偏序关系,因此,各种放松途径构成的集合(包括传统的轨迹重现技术)关于偏序“松弛程度”做成一个格(lattice).根据格的性质,我们不难定义轨迹重现技术体系下最为松弛的可迁移性判定标准.此外,探讨其他有别于轨迹迁移技术的其他可迁移性准则也是未来应当关注的研究问题.
4 过程实例可迁移性的高效检验
为使用户感觉不到服务的中断,过程实例的迁移必须高效.过程实例迁移的高效性主要受以下3方面因素的影响:(1) 目标模式的快速设计;(2) 采用具有切实可操作性的过程实例可迁移性准则;(3) 过程实例可迁移性的高效检验(包括目标状态的确定).其中,前两个方面的内容已经在本文的第2节和第3节讨论.本节关注于第(3)个方面的相关研究.具有切实可操作性的过程实例可迁移性检验准则只给出了过程实例可迁移的定义,在实际应用中还要考虑如何高效地判断这些可迁移性检验准则是否成立,若成立,还需要高效地确定过程实例迁移的有效目标状态.
在模式级的可迁移性准则中,过程继承技术是自动化程度较高的:(1) 在过程实例可迁移性检验方面:过程继承技术可以利用增殖式的过程转换规则(transformation rule),高效地确定过程模型的目标模式和源模式之间是否存在继承关系.如果目标模式和源模式存在继承关系,那么在源模式下运行的过程实例可以迁移到目标模式下;(2) 在目标状态的确定方面:过程继承技术可以通过源模式和目标模式之间的幂等映射(或在幂等映射基础上的调整),高效地确定可迁移过程实例的有效目标状态.过程继承技术的局限性在于它仅支持目标模式与源模式之间满足继承性的情形.没有这一局限性的模式级的可迁移性准则要么不能在模式演化的第一时间进行实例的迁移[31,66],要么自动化程度不高[67],都不利于过程实例可迁移性的快速检验.
轨迹重现技术(包括轨迹重现技术的各种弱化途径)是应用最为广泛的实例级的可迁移性准则.由于过程实例的已执行活动序列可能存在很多条目,在待迁移的过程实例较多的情况下,如果直接利用轨迹重现的定义来检验相应过程实例的可迁移性并不高效.例如在医疗和金融等领域,当过程模型升级时,待迁移的过程实例数目往往以“万”为数量级[72].过程实例的已执行活动序列的每一个条目大约需要40个字节的存储空间(活动标识符、活动的输入和输出、时间戳等)[72],假设某一过程模型含有50个活动,待迁移的过程实例为2万个,这些过程实例的已执行活动序列的平均长度为25,那么记录这些待迁移实例的已执行活动序列信息总共需要20M存储空间.因此,如果直接按照轨迹重现的定义进行过程实例的可迁移性检验可能需要较长的时间,进而影响到服务质量.此外,PAIS系统可能会将过程实例的历史执行信息记录在硬盘上,从硬盘读入这些数据到内存后,还需要对这些数据进行适当的预处理,这会进一步影响过程实例迁移的效率.因此,过程实例可迁移性的高效检验具有实际意义.为应对这一挑战,业界提出了多种不同的处理方案.下面,我们对有代表性的一些工作进行介绍.
ADEPT项目提出一种高效的过程实例可迁移性检验方法[50,72],该方法针对过程模型的每一类修改操作(例
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如添加、删除活动等)给出了相应的过程实例可迁移检验方法,该方法仅仅用到过程实例在源模式下的状态信息以及该过程实例的部分轨迹信息.对于添加活动,如图9(b)所示的过程模型的目标模式S ′在如图9(a)所示的过程模型的源模式S 的活动t 1和活动t 2之间添加了一个新的活动t 3,使得活动t 2成为活动t 3的直接后继活动.在源模式下,若某一待迁移过程实例尚未执行活动t 2,那么该过程实例是可迁移的且目标状态为活动t 1执行完毕后所得的状态(S ′,[s 2]),并且不难发现目标状态(S ′,[s 2])是有效的.该过程实例可以迁移的原因在于活动t 2尚未记录在该过程实例的已执行活动序列中.同样地,若图9(b)所示的为过程模型的源模式S 而图9(a)所示的为过程模型的目标模式S ′,其中,S ′通过在S 中删除活动t 3获得.在源模式下,若某一待迁移过程实例尚未执行活动t 3,那么该过程实例是可迁移的且有效的目标状态为活动t 1执行完毕后所得的状态(S ′,[p 2]).同样地,该过程实例可以迁移的原因在于活动t 3尚未记录在过程实例的已执行活动序列中.活动的移动可以通过删除活动和添加活动这两类操作予以实现,因此该方法也能处理活动的执行顺序发生了改变的情形.由于ADEPT 将数据(变量)以及对数据的操作作为一阶实体,ADEPT 还给出了单独的数据流修改操作情形下过程实例可迁移性的检验方法.
ADEPT 的检验方法在不需要重现过程实例的已执行活动序列的前提下也能够判断过程实例的可迁移性(证明见文献[50,72]),并且目标状态的确定也是自动化的,因此该方法具有较高的效率.然而,这种检验方法只允许目标模式对待迁移过程实例的未来进行修改,对于目标模式修改了待迁移过程实例已执行过的区域的情形支持有限(仅支持那些在未执行的选择分支上的修改操作).此外,在某些情形下,源模式到目标模式的修改操作并不能直接得到,而必须对源模式与目标模式进行比较方可获得.因此,ADEPT 的这种检验方法固然高效,但应用范围有限.
(a) (b)
Fig.9 Efficiently checking the migratability of process instances by using the method of ADEPT
图9 利用ADEPT 中的方法高效检验过程实例的可迁移性
为弥补ADEPT 方法的不足,文献[73]尝试给出了相应的解决方案.首先,为保证过程实例的可迁移性,过程模型的演化不能过于激进.为此,作者要求过程模型的目标模式必须与源模式相容(compatible).这里的相容性定义有两个条件:(1) 过程模型的源模式和目标模式都必须满足合理性[23];(2) 目标模式必须包含源模式的全部路径(到达终止状态的活动序列),但允许在源模式的这些路径上添加或者删除一些活动.其次,作者给出了一个求解变化区域(change region)的算法,该算法通过比较源模式和目标模式可以求解出过程模型的所有变化区域.每一个变化区域都有新旧两个版本CR ′和CR ,即源模式下某一区域CR 在目标模式下变为CR ′.本文中,我们将CR 和CR ′分别称为源变化区域和目标变化区域.该方法将判断源模式和目标模式的相容性问题转化为检验变化区域的相容性问题.通常情况下,变化区域的规模比过程模型的规模要小得多,因此相容性的检验可以得到简化.此外,利用变化区域还可高效地检验源模式下过程实例的可迁移性:(1) 若过程实例尚未执行到源变化区域CR ,则过程实例可以迁移到目标模式下(这和ADEPT 中的方法类似),且目标状态可以通过幂等映射获得;(2) 若过程实例的执行已经进入到源变化区域CR ,此时只需判断该过程实例在CR 里执行的活动序列是否可以在目标变化区域CR ′里重现即可,若可重现,目标状态也随之确定.为表达的方便,本文将这种方法称为变化区域法.
下面举例解释变化区域法.图10(a)和图10(b)分别给出了某一过程模型的源变化区域CR 和目标源变化区域CR ′,CR 和CR ′分别隶属于该过程模型的源模式S 和目标模式S ′.CR 下有一条执行路径t 1t 2, CR ′下有两条执行路径t 1t 4和t 3t 4.CR ′的路径t 1t 4在CR 的路径t 1t 2上删除了一个活动t 2的同时添加了一个新的活动t 4,此外,CR ′在CR 的基础上增加了一条新的路径t 3t 4.若过程模型只有这一处变化区域,不难发现CR ′和CR 是相容的,从而S ′和S 也是相容的.假设在源模式S 下某一过程实例的已执行活动序列为σ=ρt 1,若利用轨迹重现技术,需要在目标模式S ′下重现σ的所有条目才能够检验该过程实例是否可迁移.实际上,由于过程模型只有这一处变化区域,我们只需判断该过程实例在源变化区域CR 里执行的活动t 1是否能够在目标变化区域CR ′里重现即可.由于活动t 1可以在CR ′里重现,因此该过程实例是可迁移的且目标状态为(S ′,[s 2]). t 2t 1t 3t 1t 2
p 1p 2s 2s 1s 3
宋巍 等:过程感知信息系统中过程的动态演化
433
(a) (b)
Fig.10 Efficiently checking the migratability of process instances by using the method of change region
图10 利用变化区域法高效地检验过程实例的可迁移性
变化区域法缩小了轨迹重现的范围,因而可以高效地检验过程实例的可迁移性[59].然而变化区域法仅仅关注到控制流的正确性,暂时没有考虑到数据流的正确性.此外,这种方法限定目标模式与源模式相容,因此在过程模型演化时,它不支持两个活动的执行顺序发生改变的修改操作.
从本质上说,上述两种方法都是从避免重现待迁移过程实例的全部历史信息(已执行活动序列)来提高可迁移性检验效率的.这体现了一种“约减”的思想,而文献[71]中的方法则体现了“复用”的思想.这种复用方法的提出基于以下两点观察:(1) 尽管源模式下存在这大量待迁移的过程实例,但是可以依据这些过程实例的已执行活动序列将它们分为若干等价类.由于同一等价类下的过程实例具有相同的已执行活动序列,若分析了其中一个过程实例的可迁移性结果,则该等价类下的其余过程实例可以复用这一结果;(2) 这些等价类之间存在偏序关系,若某一等价类C 1中过程实例的已执行活动序列σ1为另一等价类C 2中过程实例的已执行活动序列σ2的前缀子串,那么在目标模式下重现σ2的过程中也必然要重现σ1,因此在检验等价类C 2中过程实例的可迁移性的同时也检验了等价类C 1中过程实例的可迁移性.因此,在重现σ2时若将中间结果保存下来,即可获得σ2的全部前缀子串的重现结果.
图11(a)和图11(b)分别给出了某一过程模型的源模式S 和目标模式S ′,S ′移动了S 中活动t 5的位置并在活动t 6后添加了一个新的活动t 7.下面通过这个简单的例子解释上述复用方法.假设当过程模型演化时,运行在源模式S 下的过程实例有很多.我们可以根据这些过程实例的已执行活动序列信息,将这些过程实例分为7个等价类,这些等价类下过程实例的已执行活动序列分别为t 1,t 1t 2,t 1t 2t 3,t 1t 2t 3t 6,t 1t 4,t 1t 4t 5,t 1t 4t 5t 6.然而不难发现,这些已执行活动序列实际上是活动序列t 1t 2t 3t 6或t 1t 4t 5t 6的前缀子串.因此,我们只需按照轨迹重现技术重现活动序列t 1t 2t 3t 6和t 1t 4t 5t 6,其余已执行活动序列的重现结果(相应等价类中过程实例的可迁移性以及可迁移过程实例的目标状态)也随之确定.
Fig.11 Efficiently checking the migratability of process instances by using the REUSE method
图11 利用复用法高效地检验过程实例的可迁移性
利用这种复用的方法,全部待迁移过程实例的可迁移性以及目标状态可以在多项式时间内得以确定,具有较高的效率.需要说明的是,尽管文献[71]所用的轨迹重现技术没有考虑数据流因素,但这种复用的思想也同样适用于考虑数据流的轨迹重现技术[14].进一步的研究可以对复用法与变化区域法的效率进行比较.此外,若综合考虑过程迁移的控制流和数据流状态,后续工作或许可以利用程序依赖图(program dependence graph)以及程序切片(program slicing)技术获得更加直观和高效的过程实例可迁移性检验方法.
5 总结与展望
软件动态(在线)演化的相关研究分布在诸如程序设计语言[29,74?76]、软件体系结构[77?80]、软件构件[81,82]、PAIS 等多个研究领域,本文的综述侧重在PAIS 领域.有关PAIS 过程动态演化方面的研究一直方兴未艾,Allis 在1995年首次提出过程动态演化的概念距今已有16年的时间[28],在此期间,关于PAIS 动态演化方面的理论和技术均得到了长足发展.本文从PAIS 中过程动态演化(也即过程实例动态演化)问题所面临的挑战入手,从如何t 2
t 1t 4t 3t 5p 1p 2
p 3p 5p 4t 6p 6t 2t 1t 4t 3s 1s 2s 3s 4t 5s 5t 6s 6t 7s 7
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保证过程实例动态演化的正确性和高效性两个方面来组织和介绍现有研究成果,希望能为PAIS动态演化以及软件演化的进一步研究提供一定的参考价值.
随着Internet技术的快速发展,软件的规模和复杂性日益提高,过程技术也在软件系统中发挥着愈来愈重要的作用.网络环境的开放、动态和多变性,以及用户使用方式的个性化促使了网构软件[9,83,84]这一新型软件形态的出现,而过程技术作为一种快速搭建客户应用的手段同样适用于网构软件的构建.因此,下一代的过程管理技术应该更加关注过程的可演化性.我们认为,PAIS过程演化的后续研究可以从以下几个方面进行:
(1) PAIS过程静态和动态演化时过程模型的版本升级问题.现阶段尽管存在一些辅助的过程建模工具, PAIS的过程模型大多是专门的业务过程建模人员或领域专家依据他们的经验制定的,在过程模型进行版本升级时也需要大量人的参与.为提高版本升级的效率,可以借助挖掘(mining)技术减少人的工作量[20,85].例如,在制定目标模式时可以直接从类似场景的过程模型变种中挖掘出一个新的过程模型作为目标模型,也可以从修改记录中挖掘出一些变化模式(change pattern)来帮助领域专家从源模式出发快速获得目标模式.此外,还可应用一些AI规划的方法自动或半自动地获得演化后的过程片段[86].
(2) PAIS过程动态演化时过程实例的迁移问题.一方面,应该进一步探讨更为弱化的过程实例可迁移性准则,将那些迁移过后不会引入动态演化错误的过程实例尽可能地迁移到目标模式下继续执行;另一方面,对于那些不可迁移的过程实例(迁移过后可能会引发动态演化错误),可以采用补偿活动等手段使得过程恢复到一个可以迁移的状态,或直接在过程层或过程实例层采取针对性的过程调整措施[87],使得在调整过后,这部分过程实例可以迁移到目标模式.
(3) 过程编排层面(或分布式过程)的静态和动态演化问题.过程(或服务)编排是跨组织的过程之间进行协作的一种组织方式.由于过程编排可能没有一个统一的中心协调者,参与编排的各个过程处于各个自治的组织内部,使得过程编排的(静态和动态)演化存在诸多挑战[88,89].目前我们也正致力于这方面的工作,现阶段的工作涉及如何保证过程编排演化的可行性,如何保证参与编排的各个过程共同演化(co-evolution)的一致性.未来的工作还应考虑过程编排演化时的协商机制.
(4) PAIS过程动态演化技术在实际中的应用.PAIS属于实用性较强的一个领域,现如今它已广泛地渗透到商业管理、金融保险、股票证券、医疗保健等许多领域.对于那些长时间运行的PAIS过程,例如,贷款与还贷过程、签证申请过程、科学工作流等,它们在运行过程中存在频繁变动的可能,如何利用PAIS过程动态演化技术以支持上述应用的动态演化是今后的研究热点.考虑这些特定应用时,过程模型的正确性的不仅会涉及通用正确性,还应该考虑一些领域知识[43,44,65].其中主要的研究点包括:领域知识和个性化用户需求的表示、过程实例演化时领域知识的高效验证、特定应用中过程实例的可迁移性准则等.
致谢特别感谢南京大学徐家福先生对本文内容、措辞、定义以及翻译等方面的指导;向对本文的工作给予支持和帮助的国际同行Wolf教授团队、Dumas教授团队以及南京大学软件研究所陶先平老师、徐锋老师、曹春老师、黄宇老师、余萍老师、许畅老师,博士生马骏、邹阳、杨启亮等表示感谢.最后向对本文提出建设性意见的审稿专家致以诚挚的谢意.
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信息系统发展阶段理论: 诺兰的阶段模型 美国管理信息系统专家诺兰（Richard·L·Nolan）通过对200多个公司、部门发展信息系统的实践和经验的总结，提出了著名的信息系统进化的阶段模型，即诺兰模型。 诺兰认为，任何组织由手工信息系统向以计算机为基础的信息系统发展时，都存在着一条客观的发展道路和规律。数据处理的发展涉及到技术的进步、应用的拓展、计划和控制策略的变化以及用户的状况四个方面。1979年，诺兰将计算机信息系统的发展道路划分为六个阶段。诺兰强调，任何组织在实现以计算机为基础的信息系统时都必须从一个阶段发展到下一个阶段，不能实现跳跃式发展。 诺兰模型的六个阶段分别是：初装阶段、蔓延阶段、控制阶段、集成阶段、数据管理阶段和成熟阶段。 六阶段模型反映了企业计算机应用发展的规律性，前三个阶段具有计算机时代的特征，后三个阶段具有信息时代的特征，其转折点处是进行信息资源规划的时机。"诺兰模型"的预见性，被其后国际上许多企业的计算机应用发展情况所证实。 下图中，横坐标表示信息系统的各个阶段，纵坐标表示增长要素。 该模型总结了发达国家信息系统发展的经验和规律，一般模型中的各阶段都是不能跳越的，它可用于指导MIS的建设。 诺兰的阶段模型的主要内容 初装阶段 计算机刚进入企业，只作为办公设备使用，应用非常少，通常用来完成一些报表统计工作，甚至大多数时候被当做打字机使用。 在这一阶段，企业对计算机基本不了解，更不清楚IT技术可以为企业带来哪些好处，解决哪些问题。 在这一阶段，IT的需求只被作为简单的办公设施改善的需求来对待，采购量少，只有少数人使用，在企业内没有普及。
初始阶段特点： 1、组织中只有个别人具有使用计算机的能力； 2、该阶段一般发生在一个组织的财务部门。 蔓延阶段 企业对计算机有了一定了解，想利用计算机解决工作中的问题，比如进行更多的数据处理，给管理工作和业务带来便利。 于是，应用需求开始增加，企业对IT应用开始产生兴趣，并对开发软件热情高涨，投入开始大幅度增加。 但此时很容易出现盲目购机、盲目定制开发软件的现象，缺少计划和规划，因而应用水平不高，IT的整体效用无法突显。 蔓延阶段特点： 1、数据处理能力得到迅速发展； 2、出现许多新问题（如数据冗余、数据不一致性、难以共享等）； 3、计算机使用效率不高等。 控制阶段 在前一阶段盲目购机、盲目定制开发软件之后，企业管理者意识到计算机的使用超出控制，IT投资增长快，但效益不理想，于是开始从整体上控制计算机信息系统的发展，在客观上要求组织协调，解决数据共享问题。 此时，企业IT建设更加务实，对IT的利用有了更明确的认识和目标。 在这一阶段，一些职能部门内部实现了网络化，如财务系统、人事系统、库存系统等，但各软件系统之间还存在?部门壁垒?、?信息孤岛?。信息系统呈现单点、分散的特点，系统和资源利用率不高。 控制阶段特点 1、成立了一个领导小组； 2、采用了数据库（DB）技术； 3、这一阶段是计算机管理变为数据管理的关键。 集成阶段
电子政务地理信息系统综合平台研究 金笑天1 段玉山2 张殊楠1 (1 上海众恒信息产业有限公司,上海200040) (2 华东师范大学地理系,上海 200062) 基金项目:基金(No.2002AA114010);上海构件库及其应用; 摘 要：地理信息系统(GIS)作为电子政务系统的一个主要组成部分发挥着重要作用，为了进一步整合业务条线系统和各类数据资源，本文提出并设计了作为电子政务应用和管理纽带的GIS综合平台,主要包括信息流控制平台，信息维护平台等，该平台为空间数据、地理信息系统、业务系统的共享复用与建设提供了一种解决方案。最后探讨了如何基于构件技术实现地理信息系统综合平台。基于该设计思路构建了上海市首个区县级别地理信息系统综合平台。 关键词：地理信息系统；综合平台；电子政务；构件 中图法分类号: TP319文献标识码:B Research of digital government geographic information system integration platform Jin Xiao-tian,Duan Yu-shan,Zhang Shu-nan (1 Shanghai Triman Information & Technology Co.,Ltd,Shanghai,China,200040) (2 Geography Department, East China Normal University, Shanghai,China,200062) 【Abstract】 As a main part of digital government Geographic Information System(GIS) has a key value.For integrating the operation system and data resources this paper discusses the design of GIS integration platform which is the link of digital government application and management.The flatform includes the information flow control platform,information maintaince platform and etc.It gives a solution of resusing and instructing spatial data、GIS and operation system.This papers also discusses the use of component technology to realize GIS integration platform.The first Shanghai district and county level GIS integration platform is constructed based on the design idea. 【Key Words】Geographic Information System；integration platform； digital government；component 1．建设背景 地理信息系统（GIS）是一种输入、存储、管理、分析和显示地理信息的计算机系统，是分析和处理地理空间数据的通用技术，是信息技术的一个重要分支，主要应用在环境、资源、交通、商业等行业领域，是数字城市、电子政务系统的重要组成部分。电子政务是各有关部门和各级政府利用信息和网络通信技术，加强政府的管理，实现政务公开、提高效率、科学决策、改进和完善服务职能的重要手段，是一项重要的系统工程。近年来基于空间信息管理和应用的各个行业领域的业务条线GIS系统的建设蓬勃发展，例如房地GIS，商业GIS，环保GIS，园林GIS等一系列GIS系统，它们作为电子政务系统的空间信息子系统，在提供空间服务，改善业务效率，加强政府职能，为民服务等诸多方面发挥着重要作用。 但在这些诸多条线GIS系统建设中存在如下一些问题：条块分割，形成“信息孤岛”，
安徽移动IDC 机房资源动态管理系统简介 一、业务概述 互联网数据中心（Internet Data Center）简称IDC,是中国移动整合网络通信线路、带 宽资源，建立的标准化的电信级机房环境，可以为企事业单位提供服务器托管、租用、接入、运维等的一揽子服务。 IDC资源管理的效率是业务发展和运营的基础，涉及空间资源（机房/机架/机位）、IP、、 端口、带宽、存储、设备等。资源管理的范围还包括设备资源信息、设备用户信息、设备存放信息、设备端口信息。同时，IDC有别于传统机房，其承载的业务种类多，业务系统增减及系统升级扩容频繁，因此资源是动态变化的，分配繁琐、变更复杂、记录琐碎，查询统计困难是传统的管理方式的存在的主要问题。如何提升IDC资源管理的水平，应对复杂的多业 务环境（自有业务、合作业务、内容引入、集体托管），满足互联网业务发展和IDC向服务 转型的需要，改变传统的IDC管理模式，优化资源分配流程，最大化利用资源，实现多维度管控，同时满足公司低成本高效运营的要求是IDC运营的当务之急。 二、原有流程 经调研，目前全国各地IDC机房均采用传统的手工模式实现资源管理，尚未有IDC机房采用电子化手段结合条码管理方式，实现对不同层级的设备及其资源的动态管控、值班人员的现场无线维护。目前传统的资源手工分配流程如下： A、IP地址的分配，使用电子表格记录IP地址，每个维护人员各自记录每次的IP分配 变化，一段时间检查汇总一次。 B、机架、机位的分配，使用电子表格记录，在分配前，需要去机房现场查看，然后具体分配机柜、机位。 C、端口分配，没有记录，每次远程登录到网络设备上分配，分配后修改端口的别名进行记录。 D、机房托管资源的记录，使用电子表格记录。合作伙伴或客户提供托管资源清单，盘点验收后作为机房托管资源的记录。 通过上述的IDC资源管理方式，虽然解决了IDC资源登记、状态信息、资源归属的记录和查询。但在实际使用中也存在较多的问题： 1. IDC机房内设备数量众多，传统的设备标签信息仅能记录设备归属信息，信息量小、
《船舶管理信息系统》几个操作典型实例 为了加深船员对《船舶管理信息系统》的理解，尽快熟悉该软件，本文档列举一些常用实例。 索引：完成工单；添加备件； 完成一个工单（例如NO.1主海水泵的定期检查） 1．打开下图的“设备管理”窗口，在左边找到“B1210主海水泵”，检查窗口信息是否正确，如不正确，可进行更正。 2．点击下图的“工作信息”，注意查看“周期”和“上次完成时间”，以及它们是否正确。 如果“工作信息”空白，可点击“添加”按钮进行添加。“检测报表”此处选“离心泵检修记录表”。（注意：上述操作有些需要进行“工单初始化”并且要在下次工单生成之后才会生效。）
3．点击“工作内容”（如下图），检查信息，如有必要可对内容进行修改。 4．点击“工单管理”→“工单计划”，就会看到下图。 5．点击“高级信息”，在过滤窗口中的设备码选项选中“B1210001 NO.1主海水泵”，把
“计划”前的小勾打上，确认该设备的本次计划检修时间（即2005/01/01）是在“安排时间”之内（如果不在之内，必须要更改“安排时间”的过滤时间段），点击“确定”。 6．检查“工单计划”窗口信息是否正确，如有必要，进行修改。 7．点击“工单管理”→“工单安排”，就会看到下图。
8．点击“高级信息”，在过滤窗口中的设备码选项选中“B1210001 NO.1主海水泵”，检查“计划”前的小勾是否已打上，确认该设备的本次计划检修时间（即2005/01/01）是在“安 排时间”之内（如果不在之内，必须要更改“安排时间”的过滤时间段），点击“确定”。 方框，对应的日期是2005/01/01，这个是计划时间。现在我们就要把这个工单给做掉。
信息系统开发是一个社会性过程 ——商学院信息管理与信息系统班 信息系统是随着系统科学、计算机科学以及现代管理科学而发展起来的。它作为一个具体的系统，是指利用计算机、网络、数据库等现代信息技术，处理组织中的数据、业务、管理和决策等问题，并为组织目标服务的综合性人/机系统。在信息系统发展过程，相应的开发方法也不断发展，信息系统开发过程开始由技术过程逐渐演变为社会过程。 最初单项应用的系统不涉及太多的部门和人员，没有过多的利益冲突。这种系统的开发过程，本质上是一个技术过程。而现在更多的信息系统是一个综合性的系统，这种系统的开发往往涉及多个部门，不仅人们对业务过程有不同的理解和处理方法，还可能涉及人们的利益冲突。现在的系统开发必须从规划开始，经过不同的阶段完成开发工作。这种系统的开发是有行为影响的技术过程，必须强调用户的参与。以支持上层管理决策为重点的信息系统涉及半结构、非结构的问题，系统目标、决策过程难以明确。系统开发不仅可能改变业务流程,还可能改变管理体制，甚至企业重复、改变权力关系。这种系统的开发本质是一个社会过程,需要各种参与者的协作。参与者的知识、权力、见解、利益、协作、冲突、阻力等因素是系统开发的基础。对于信息系统的成功，社会因素与技术因素同样重要，甚至影响更大。 案例一：某大型企业在1988年开始投资100万元人民币，开发了一个MIS（管理信息系统）系统，该系统采用美国某公司的小型计算机，由一个计算机研究所负责开发，到1990年开发完毕。但该系统操作使用比较繁琐，需要用户花费很多时间来熟悉使用。而企业从领导到一般职工，多数人对学习使用该系统感到困难而没有兴趣。由于大家都不会使用该系统，结果被弃置不用，到1991年，该系统即告报废。企业于1年后换了领导班子，决定开发第2个MIS 系统，这次采用了微机局域网结构，系统虽然容易使用了，但该公司四个业务部门有三个认为使用该系统对他们没有什么直接用处，结果只有一个业务部门使用。到1995年该系统也中止了。1996年，该公司又投资800万元，开始建设第3代MIS。这次公司采用了 Sybase+Powerbuilder的最新技术，由某计算机研究所担任开发，并由一名计算机技术权威挂帅，从技术上来保证项目的实施。但整个系统的引进需改变企业原有的组织结构，这就存在包括工作流程应如何设计、企业内部如何协作的一系列问题。由于事先未进行认真细致的研究，开发仍在盲目状态下进行，1 年后开始试运行一些子系统。但是，由于系统内各部门的衔接难于满足系统的要求,部门对新系统的要求难以适应，而企业财务、人事部门在系统几近完工时接到了上级的指示，按上级统一要求建立财务、人事管理信息系统，结果到1998年，该系统还没有验收就中途下马了。 案例二：某化工厂是一个只有500人的小型企业，为了提高企业管理水平，提高经济效益，1990年决定与某大学合作开发管理信息系统。委托单位进行了可行性分析，认为该厂技术力量薄弱且管理人员对计算机应用缺乏认识，思想上阻力较大，根据企业的条件还不适于立即开始MIS 的全面开发，可先研制一些子系统。但是，厂长决定马上开始中等规模的MIS 开发,他认为,做个试验，即使失败也没有关系，于是开发工作在1991年1月就全面上马了。首先是系统调研、人员培训、规划了MIS的总体方案，并购置了以太局域网软件和五台IBM- PC 机。整个MIS由生产管理、供销及仓库管理、成本管理、综合统计和网络公用数据库等五个子系统组成。系统开始正式运行后获得了上级领导和兄弟企业的好评。此时企业环境却发生了很大变化，一是厂长奉命调离，新上任的厂长认为计算机无太大用处，对MIS不予关心；二是开发人员移交后撤离，技术问题时有发生；三是由于市场变化，整个工厂效益急剧下滑，无暇顾及MIS的问题，掌握了主要维护技术的人员也调离工厂，整个MIS陷入瘫痪状态，最后
前言 需求：近年来，随着城市规模不断的扩大和生活水平的日益提高，城市供水管网系统越来越庞大。如何应对社会的发展，更好地服务于社会，作为城市供水系统的重要组成部分，供水管网将面临管理上的更高要求和严峻考验。在传统的供水管网管理中，管网数据基本上采用图纸方式进行管理的，存在许多弊端，对错综复杂的管线网络管理起来非常被动。地图以图纸的形式存放，不便于查询和保存，导致日后维护工作难度加大，有些管线甚至仅凭当时施工人员的记忆去寻找，导致很难及时地发现和处理事故，给供水企业带来巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，使用计算机，借助地理信息系统技术对供水管网的规划、设计、建设及运行维护进行科学管理，实现管网基础信息管理与业务管理的同步发展，提高供水企业整体水平和服务质量。这是供水企业发展的必然趋势，是科学管理的必然选择。 现状：目前，供水管网系统在国内部分大中城市已经应用起来，中部地区也在加紧步伐。 平台：北京超图地理信息技术有限公司作为我国较早研究GIS 技术的公司之一，其自主研发的SuperMap GIS 平台采用全组件式开发方法，扬长避短，吸取了国内外各大GIS 软件的优点，同时弥补了其他GIS平台的不足。SuperMap GIS 已连续多年获得国家级的殊荣，在国内外各个行业得到广泛的应用，市场占有率稳居国内GIS行业榜首。更令人振奋的是SuperMap GIS 是我国第一个走向国际社会胡GIS 产品，发布了多种语言版本港、台湾等国家或地区出现蓬勃发展的势头。因此，经过多个GIS 软件平台综合评估对比，我公司选用SuperMap GIS 为本系统GIS平台，能让本系统架构更灵活，功能更强大，性能更稳定、服务更到位。 产品：在供水管网地理信息系统产品研发与项目实施的过程中，我公司不断加强和提高系统核心技术、工程质量以及服务水平，不断完善软件产品功能，力求创新，将先进的软件设计思想与管理理念相结合并应用于实际工作中，使用户得到最好的应用效果。 — ￥
船舶动态管理信息系统（新版2.0） 功能说明 二ОО八年九月
目录 1 综合工作台 (1) 1.1在港船舶动态查询 (1) 1.1.1 菜单路径 (1) 1.1.2 功能描述 (1) 1.2船舶历史动态查询 (2) 1.2.1 菜单路径 (2) 1.2.2 功能描述 (2) 1.3港务费制单查询 (2) 1.3.1 菜单路径 (2) 1.3.2 功能描述 (2) 1.4IC卡内信息查询 (2) 1.4.1 菜单路径 (2) 1.4.2 操作步骤 (2) 2 船舶签证 (3) 2.1船舶报告管理 (3) 2.1.1 航次报告信息录入 (3) 2.1.2 航次报告信息修改 (3) 2.1.3 航次报告信息查询 (4) 2.1.4 列表报告信息录入 (4) 2.1.5 列表报告信息修改 (5) 2.1.6 列表报告信息查询 (5) 2.1.7 汇总报告信息录入 (6) 2.1.8 汇总报告信息修改 (6) 2.1.9 汇总报告信息查询 (7) 2.2船舶签证管理 (7) 2.2.1 进出港签证录入 (7) 2.2.2 签证信息查询 (9) 2.2.3 签证信息修改 (9) 2.2.4 签证登记簿 (10) 2.3船舶定期签证 (10) 2.3.1 定期签证查验录入 (10)
2.3.2 定期签证查验查询 (10) 2.3.3 定期签证查验修改 (11) 3 进出口岸管理 (12) 3.1船舶申报 (12) 3.1.1 船舶进口岸(7日)申请录入 (12) 3.1.2 船舶进出口查验录入 (13) 3.1.3 船舶申报修改 (13) 3.1.4 船舶申报查询 (14) 3.1.5 船舶申报审批 (14) 3.2口岸查验 (14) 3.2.1 进出口查验录入 (15) 3.2.2 查验信息查询 (16) 3.2.3 查验信息修改 (16) 3.2.4 查验登记簿 (16) 3.2.5 打印进口岸办妥通知单 (17) 3.2.6 打印出口许可证 (17) 3.2.7 打印定期出口许可证 (18) 4 船舶安全检查 (19) 4.1国内船舶安检 (19) 4.1.1 国内安检信息录入 (19) 4.1.2 国内安检信息修改 (20) 4.1.3 国内安检信息查询 (20) 4.2船舶PSC检查 (21) 4.2.1 PSC安检信息录入 (21) 4.2.2 PSC安检信息修改 (21) 4.2.3 PSC安检信息查询 (22) 5 船舶分类分级管理 (23) 5.1重点跟踪船舶管理 (23) 5.1.1 重点跟踪船舶信息录入 (23) 5.1.2 重点跟踪船舶信息修改 (24) 5.1.3 重点跟踪船舶录入审核/审批 (24) 5.1.4 解除重点跟踪船舶申请 (24)
软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html, Journal of Software,2011,22(3):417?438 [doi: 10.3724/SP.J.1001.2011.03962] https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html, +86-10-62562563 ?中国科学院软件研究所版权所有. Tel/Fax: ? 过程感知信息系统中过程的动态演化 宋巍1,2+, 马晓星1, 胡昊1, 吕建1 1(计算机软件与新技术国家重点实验室(南京大学),江苏南京 210093) 2(南京理工大学计算机科学与技术学院,江苏南京 210094) Dynamic Evolution of Processes in Process-Aware Information Systems SONG Wei1,2+, MA Xiao-Xing1, HU Hao1, Lü Jian1 1(State Key Laboratory for Novel Software Technology (Nanjing University), Nanjing 210093, China) 2(Institute of Computer Science and Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China) + Corresponding author: E-mail: wsong@https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html, Song W, Ma XX, Hu H, Lü J. Dynamic evolution of processes in process-aware information systems. Journal of Software, 2011,22(3):417?438. https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html,/1000-9825/3962.htm Abstract: Supporting the evolution of process model at run-time stage and propagating the changes of process model to the active process instances are fundamental requirements for any flexible process-aware information systems (PAIS). Instance migration is regarded as the mainstream technique that deals with the dynamic evolution of process-aware information systems. By using this technique, active process instances are migrated to the modified process model, so that they can benefit from the optimization process. The challenges are 1) to guarantee that the process instances can be correctly migrated to the modified process model; 2) to efficiently check whether the process instances can be migrated. From this view, this paper surveys the state-of-the-art dynamic evolution of processes in PAIS. Finally, some potential research directions on evolution of processes are proposed for future references. Key words: process-aware information system; process model; dynamic evolution; process instance migration; correctness; high efficiency 摘要: 支持过程模型的动态修改并将过程模型的修改传播到当前正在运行的过程实例上,是柔性过程感知信息 系统的基本要求.过程实例迁移是应对过程感知信息系统中过程动态演化的主流技术途径,它将尚未执行结束的过 程实例动态地迁移到修改后的过程模型上继续执行,从而使得这些过程实例可以享受到过程优化带来的便利.过程 实例迁移的挑战在于保证过程实例迁移的正确性以及过程实例迁移检验的高效性,以此为切入点,综述了过程感知 信息系统中过程动态演化技术的研究进展.最后,展望了过程演化技术未来应当关注的研究方向. 关键词: 过程感知信息系统;过程模型;动态演化;过程实例迁移;正确性;高效性 中图法分类号: TP311文献标识码: A ?基金项目: 国家自然科学基金(60736015, 60973044, 61003019); 国家重点基础研究发展计划(973)(2009CB320702); 国家高技 术研究发展计划(863)(2009AA01Z117); 核高基重大专项(2009ZX01043-001-06) 收稿时间: 2010-04-22; 修改时间: 2010-06-10; 定稿时间: 2010-11-03 CNKI网络优先出版: 2010-12-08 15:17, https://www.doczj.com/doc/2e5757192.html,/kcms/detail/11.2560.TP.20101208.1517.000.html
城市建设管理地理信息系统的分析与设计摘要：本文从建设城市建设管理地理信息系统的现实意义、总体目标、功能结构设计、数据结构设计和应用前景进行了探讨，阐述了城市建设管理地理信息系统建设思路。 关键词：城市建设管理；地理信息；应用 中图分类号：tp311.52文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2011) 24-0000-02 urban construction management geographic information system analysis and design shi xiangao (wuhan city construction information center,wuhan430014,china) abstract:this article from the construction of urban construction and management of geographic information systems of practical significance,overall objective,functional design,data structure design and application prospects are discussed to explain the city’s geographic information system construction and management ideas. keywords:urban construction management;geographic information;application gis（geographic information system），地理信息系统，是20
地理信息系统的基本技术与发展动态 摘要从结构功能上分析了地理信息系统的概念及主要研究内容，并且对当前地理信息系统研究中的几个热点研究领域，如面向对象技术、三维技术、图象处理和人工智能技术等作了简要介绍. 关键词地理信息系统，计算机系统，空间数据库. 以计算机为核心的信息处理系统技术是二次世界大战后科技革命的主要标志之一.在信息的诸多类型中与空间相关的信息是 十分重要的一类.人类生存的地球这个三维空间中的万物无不与空间位置相关，如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统(geographic inform ation system，简称GIS)产生和发展的原动力.GIS技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时，也极大地刺激了GIS技术的迅速发展，使之成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一［1］.国家科委将其列入九五重中之重科技攻关项目.MAPGIS，VIEWGIS，CITYSTAR，GEOSTAR等一批优秀国产GIS软件已经开始在许多领域得到广泛应用，成为国内GIS市场一支不可忽视的力量. 本文将侧重从GIS 技术的角度讨论GIS的定义、研究内容及研究动态. 1.GIS的定义和研究内容 1.1GIS的定义GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术.要给出GIS的准确定义是困难的，因为GIS涉及的面太广，站在不同的角度，给出的定义就不同.通常可以从4种不同的途径来定义GIS［2］.(1)面向功能的定义.GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统.(2)面向应用的定义.这种方式根据GIS应用领域的不同，将GIS分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等.(3)工具箱定义方式.GIS 是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合.这种定义强调GIS提供的用于处理地理数据的工具.(4)基于数据库的定义.GIS是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询. 我们认为，虽然GIS是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析(见图1)；因此，可以这样定义：GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统. 虽然GIS使用了地图、可视化、数据库等技术，但与CAD系统、计算机地图系统、数据库系统等均有很大的区别. CAD系统提供交互式的图形处理功能，以辅助象建筑、VLSI等人造对象的设计，其主要特点是设计者与计算机模型的交互.目前许多CAD开始支持对象的非图形性质，而GIS处理的数据大多来自现实世界，较之CAD的人造对象更为复杂，数据量更大.另外，CAD中的拓扑关系较为简单.更重要的是，GIS强调对空间数据的分析，CAD这方面的功能要弱得多. 计算机地图系统侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有辅助设计地图和产生高质量矢量形式的输出机制.它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺少拓扑关系；另外，它与数据库的联系通常是一些简单的查询. 数据库系统是各种类型信息系统的核心.通用数据库侧重非图形数据的优化存储与查询，其图形查询与显示功能极为有限，其数据分析功能也很有限.然而，数据库的一些基本技术，如数据模型、
地理信息系统的基本技术与发展动态 地理信息系统是把人类生存的地球地理状况与电子信息技术相结合，产生相应二维平面、三维立体成像等的相关技术，并在虚拟网络形成的信息系统。本文从地理信息系统的基本概念入手，介绍地理信息系统所运用的技术，并根据运用的现状分析未来地理信息技术的发展状况，做出相应的分析与规划。 标签：地理信息系统;基本技术;发展动态 地理信息系统主要是借助现有的地理信息探测技术在网络虚拟世界形成立体的并可以运用于多领域的地理数据信息管理系统，系统有两大基本作用，一是信息存储，凭借强大的网络系统结构采集大量的地理信息并进行筛选、分类，在网络上形成一个相对较完善的架构;二是信息共享，可以在日常生活中借助相关电子设备找到想要了解的具体信息，为地理信息的查找与应用提供一定的方便，同时也可以加强对地理信息的掌控让人们更加了解相关的地理信息，可以不出门就规划相关的路线。除此之外，还具有分析、显示、描述等作用。 1.地理信息系统定义 地理信息系统简称“GIS”技术，与遥感技术、全球定位系统统称“3S”技术。地理信息技术的核心是计算机技术，计算机技术可以支撑地理信息的大数据采集和大数据整合分析，随着科研力量在计算机领域的投入，计算机技术日益精细化、智能化。地理信息技术与地理上的测绘、地图学都有相应的结合，且多方面结合，形成不断更新的而系统，保证地里信息的准确性与完善性，通过处理地理数据信息的采集、筛选、管理、分析、更新完成对地里信息的整合与安排，主要应用于城市土地规划、空间决策等[1]。 2.地理信息系统的发展现状 2.1 多领域、日常化应用 地理信息系统先进在日常生活中做常见的是地理定位系统，在手机上和车上等有网络数据的地方都可以在已经进行安装的数据库里进行筛选、使用。且地里信息系统对于所采集地里信息可以进行相应的整合，例如一个地理位置地底实况的分布、地下水的面积与分布可以为建筑行业提供便利，为二次施丁提供便利;车载系统上会有实时的地理更新，某一路段正在维修，某一路段发生意外事件、某一路段有多少路灯、多少监控等[2]。 2.2 存在一定的缺陷 2.2.1 需要人员进行熟练、精密的设定才能投入使用 地理信息系统在投入使用之前所要耗费的人力、物力都是巨大的，输人数据
设备动态台账管理系统 设备台账是掌握电力生产设备资产状况的主要档案，其合理化、规范化、系统化、精细化管理尤为重要。以电力生产管理模式和流程为根据，通过建模、制定标准、搭建平台和关联各设备信息数据，建设一套设备全生命周期管理系统，对生产设备进行数字化、自动化、科学化的全过程、全寿命动态管理，及时掌握设备系统性能和运行状态，进行预先管控，实现设备动态管理。同时，减少管理人员进行设备维护的重复性工作，提高企业效益。 1 设备技术数据和管理信息分析 目前，企业生产设备管理主要基于静态的设备基础信息台帐管理，如资产管理系统（EAM），而发电厂主要采用基建MIS系统和生产运营MIS系统。设备台帐主要是设备的出厂参数和电厂基本标识，包括KKS码、名称型号、安装地点、投运日期、出厂编号、制造厂家。主要由技术参数，如额度温度、压力、流量、电压、电流、绝缘等信息构成。而设备维护保养数据及管理信息是独立的信息管理模块，或者采用电子版式分散记录，甚至采用纸质手工记录，主要包括检修维护工单、缺陷现象、维护记录、部件更换、试验数据、设备异动等。 发电厂为了进一步了解掌握设备系统运行情况，也便于维护设备系统和生产管理，又增加了设备巡点检系统、图形信息系统、物资管理系统、检修管理系统等辅助信息管理系统。这些信息系统的数据都相对孤立，设备管理维护人员可以粗略掌握设备运行状态。另外，每个系统都要手工录入部分数据，这些数据通过手工重复录入，既增加劳动量，也易造成同一数据各个系统的不一致性。 将相关信息管理系统的设备数据有机关联，并进一步分析、统计、加工，形成专业设备管理的综合信息，实现数据共享。研究一套“设备动态台账管理系统”，对设备系统全生命运行状态进行动态管理，以便快速、有效、准确地掌握电厂设备运行情况，提高产运营的数字化、精细化和时效性管理水平，达到减员增效。 2 技术方案 将电厂建设和生产期设备系统的设计参数、技术参数、安装调试记录、试验数据、
地理信息系统在卫生管理中的应用 杨德平，刘永泉 摘要：地理信息系统是对数字空间信息具有存贮、操作、分析、建立模型和绘图作用的电脑软件包，近年来地理信息系统在公共卫生领域中得到了广泛应用，本文就地理信息系统在卫生管理中的应用情况做一些介绍，并指出地理信息系统在卫生管理领域中进一步应用的瓶颈问题。 关键词：地理信息系统；卫生管理；公共卫生 地理信息系统(Geographic Information Systems, GIS) 概念由加拿大测量学家R.P.Tom linson 于1963年首次提出, 并在加拿大建立了世界上第一个地理信息系统[1]。随后, 加拿大、美国、瑞典、日本、德国等国相继建立了许多 GIS 实验室, 开发了ARCINFO、TIGRLS、ERDAS 等优秀软件。进入20世纪90年代 GIS 已被广泛用于各个领域, 例如：土地利用、资源管理、环境监测、城市规划、应急救援、市场分析、经济建设、重大自然灾害监测与评估、建立生态模型等。地图和空间分析在卫生领域中的应用, 至少可追溯到1853年，在伦敦暴发的霍乱疾病中，内科医生 Dr. John Snow 绘制了包含病例发生地点以及死亡人数的专题地图。这是公共卫生和空间技术相结合的第一个典型案例。此后，GIS 技术在公共卫生领域中得到了广泛应用。近年来, GIS 被广泛应用于卫生需求分析和卫生资源配置、疾病监测与预警、健康教育、卫生监督、突发公共卫生事件等诸多方面。 1 GIS的概念 关于GIS的概念，根据其应用的领域不同其定义也不尽相同。美国联邦地理资料委员会（FGDC）所给的定义为：“用于输入、存储、维护、管理、检索、分析、综合和输出地理信息或以位置为基础的信息的计算机系统”[2]。简要地说，地理信息系统是以地理空间数据库为基础,在计算机软、硬件的支持下,对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示,并采用地理模型分析方法, 适时提供多种空间和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。 2 GIS的组成和功能 从应用的角度看，GIS 由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。其中，硬件和软件为 GIS 建设提供环境；数据是 GIS 的重要内容，数据可分为空间数据和属性数据；方法为 GIS 建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其他几个部分。 GIS 的主要功能有：①数据采集: 通过现成的数字化数据、人工编码、数字化和扫描等方式采集。②数据整理: 核对、纠正和编辑数据, 去掉转换中的错误
安徽移动IDC机房资源动态管理系统简介 一、业务概述 互联网数据中心（Internet Data Center）简称IDC,是中国移动整合网络通信线路、 带宽资源，建立的标准化的电信级机房环境，可以为企事业单位提供服务器托管、租用、接入、运维等的一揽子服务。 IDC资源管理的效率是业务发展和运营的基础，涉及空间资源（机房/机架/机位）、 IP、、端口、带宽、存储、设备等。资源管理的范围还包括设备资源信息、设备用户信息、设备存放信息、设备端口信息。同时，IDC有别于传统机房，其承载的业务种类多，业务 系统增减及系统升级扩容频繁，因此资源是动态变化的，分配繁琐、变更复杂、记录琐碎，查询统计困难是传统的管理方式的存在的主要问题。如何提升IDC资源管理的水平，应对 复杂的多业务环境（自有业务、合作业务、内容引入、集体托管），满足互联网业务发展和IDC向服务转型的需要，改变传统的IDC管理模式，优化资源分配流程，最大化利用资源，实现多维度管控，同时满足公司低成本高效运营的要求是IDC运营的当务之急。 二、原有流程 经调研，目前全国各地IDC机房均采用传统的手工模式实现资源管理，尚未有IDC机 房采用电子化手段结合条码管理方式，实现对不同层级的设备及其资源的动态管控、值班人员的现场无线维护。目前传统的资源手工分配流程如下： A、IP地址的分配，使用电子表格记录IP地址，每个维护人员各自记录每次的IP分配变化，一段时间检查汇总一次。 B、机架、机位的分配，使用电子表格记录，在分配前，需要去机房现场查看，然后具体分配机柜、机位。 C、端口分配，没有记录，每次远程登录到网络设备上分配，分配后修改端口的别名进行记录。 D、机房托管资源的记录，使用电子表格记录。合作伙伴或客户提供托管资源清单，盘点验收后作为机房托管资源的记录。 通过上述的IDC资源管理方式，虽然解决了IDC资源登记、状态信息、资源归属的记录和查询。但在实际使用中也存在较多的问题： 1.IDC 机房内设备数量众多，传统的设备标签信息仅能记录设备归属信息，信息量小、不全面，运
港口船舶动态监控系统建设方案 1.电子海图显示系统概述 电子海图作为在港口区域航行与作业的船舶监控的工作平台，直观快捷地向监控管理人员提供船舶在港口的当前位置和航行状态。对船舶的航行的信息存储，可以对船舶在港口区域的航行历史状态的查询和再现，为船舶的监控和管理提供强有力的保证。 本系统的电子海图数据平台采用代表我国官方水道测量组织的权威电子矢量海图数据，保证了电子海图数据的合法性和准确性，并且按照《中华人民国电子海图技术规》和IHO（国际航道测量组织）的S-52，S-57标准进行设计，完全支持汉字。 在电子海图系统的平台上，结合岸基AIS系统（AISPORT）、AIS数据处理中心（AIS-Space），实现船舶基本信息管理、船舶动态信息管理和船舶监控报警等功能。电子海图将作为AIS系统的工作平台，辖区水域的AIS船舶数据可以直接叠加显示在电子海图上。 系统的软、硬件配置采用通用设备为主，便于用户维护和设备的更新。电子海图AIS的软件操作平台将采用Windows 2003/XP。硬件可采用通用的网络服务器。 2.系统功能 系统功能框架图如下图所示，系统由岸基AIS设备（AISPORT）、AIS数据处理中心（AIS-Space）、船舶信息管理、船舶监控报警、船舶动态信息分发、港口视频监控系统接口和电子海图综合显示软件等组成。
图 2-1 系统功能框架 岸基AIS设备（AISPORT）：在港口位置较高的位置架设AIS基站的收发天线接收船载AIS设备发送的AIS动态信息，AISPORT对船舶进出港和靠泊的船舶动态进行采集。 AIS数据处理中心（AIS-Space）：通过岸基AIS设备接受船舶AIS的信息可以获得船舶的静态信息，例如：船名、呼号、MMSI号等信息；船舶航行动态，例如：航速、航向、转向率等。将岸基AIS设备接收、采集的港口区域航行的船舶的AIS信息进行解析后统一的数据库存储，为后续的船舶监控和管理功能提供数据库支持。 船舶信息管理：对数据库存储的AIS信息进行分类整理，为电子海图的综合显示提供信息支持。 船舶监控报警：对当前港口区域的船舶进行监控，设置报警的条件，当在港口区域航行或作业船舶出现违反或满足报警条件时，提供报警信息。在电子海图综合显示界面上，向值班监控人员进行声光报警。 船舶动态信息分发：对采集和存储的船舶AIS信息进行授权的信息查询和分发，为系统的其他自系统提供船舶AIS信息，为将来的信息资源的共享和系统扩展提供支持。
国土资源管理中地理信息系统的应用及实现 文章结合地理信息系統在国土资源管理中应用的必要性，并具体分析国土资源管理中地理信息系统的应用及实现，旨在更好的发挥出地理信息系统在国土资源管理乃至更多领域中的应用。 标签：国土资源管理；地理信息系统；应用；实现 国土资源管理是指国家应用经济、政治、科学技术、行政等手段对影响国土资源行为进行调整和管理的活动。国土资源管理的发展目的是协调国土资源开发应用，进一步发挥国土资源开发应用对国家发展建设的重要促进作用。怎样结合这种变化实现社会发展和国土资源管理的适应、协调成为有关人员需要思考的问题。地理信息系统能够按照经纬度坐标对空间位置进行严格的分解、规划，进而为空间问题的解决提供重要决策支持。 1 国土资源管理中应用地理信息系统的必要性分析 1.1 实现对国土资源的规范管理 社会经济的快速发展加大了国土资源管理负担，也出现了国土资源浪费的问题。为了减少国土资源浪费现象的发生，需要采取科学有效的方法进行国土资源规范管理。地理信息系统在国土资源管理中的应用能够完善国土资源管理方式，提升对国土资源管理信息的分析处理速度。 1.2 降低国土资源开发应用的难度 地理信息系统具有操作简单、信息及时等特点，能够对一些自然灾害进行有效的预测和防治，在最大限度上减少灾害的方式。将其应用在国土资源的开发管理中能够降低国土资源管理方式的弊端，提升国土资源管理效率，提升国土资源管理的科学性、合理性。 1.3 为国土资源管理提供更多支持 应用地理信息系统能够对多种空间数据和统计数据进行分级管理，满足计算机系统对数据分析整理的要求，方便对社会经济与自然环境、环境个要素之间的对比分析。 2 地理信息系统在国土资源管理中的具体应用 2.1 地理信息系统在国土资源土地规划评估中的应用 第一，土地规划。地理信息系统具有良好的空间服务能力，能够帮助国有资源管理进一步明确各个空间的叠加关系问题，对土地的实际规划问题进行有效评