Формализация потоков работ и ее применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОТОКОВ РАБОТ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

• Нестеренко А.К.

Москва - 2007

Работа выполнена в отделе систем математического обеспечения Вычислительного Центра им. А.А. Дородницына РАН

Научный руководитель:

доктор физ.-мат. наук, профессор Серебряков Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, член-корреспондент РАН, профессор Флеров Юрий Арсеньевич

доктор техн. наук, профессор Паринов Сергей Иванович

Ведущая организация:

Институт системного программирования РАН

Защита состоится «25» мая 2007 года в 10.00 час. на заседании диссертационного совета К212.156.02 в Московском физико-техническом институте (государственном университете) по адресу: 141700, г. Долгопрудный Московской обл., Институтский пер., д. 9, ауд. 903 КПМ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института (государственного университета).

Автореферат разослан « 24 » апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Федько О.С.

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы

Процесс выполнения тех или иных видов работ по управлению и обработке информационных ресурсов представляет собой регламентированный набор действий, который надо выполнить для достижения необходимого результата. При этом в процессе подготовки входных и выходных данных каждого этапа потока работ исполнители используют обширный набор инструментальных программных продуктов для частичной автоматизации своего участка работ. Такая частичная автоматизация «ручной деятельности», конечно, имеет ряд преимуществ, но задача упрощения координации процесса по обработке информационных ресурсов в целом данным подходом не решается.

Для эффективного решения задач автоматизированной координации деятельности большая часть усилий разработчиков программного обеспечения на текущий момент сконцентрирована вокруг теории автоматизированных потоков работ (Workflow) и систем, способных эффективно решать задачи их исполнения и координации (Workflow Management Systems). Количество подобных информационных систем, в основу которых на формальном уровне заложена базовая концепция интеграции распределенных ресурсов (как программных систем, так и человеческих ресурсов) для выполнения некоторой общей задачи, увеличивается очень быстрыми темпами.

При этом новые решения приводят к появлению новых задач, адресованных системам управления потоками работ. К основным из них можно отнести задачу формального описания потоков работ, что является необходимым условием для возможности реализации контекстно-независимых систем управления потоками работ. На данный момент существует несколько конкурирующих спецификаций языков описания процессов произвольной сложности и типов. При этом расхождения в базовой семантической модели этих языков приводят к проблемам интероперабельности построенных на их базе исполняющих систем. Так же отсутствие четкой формальной основы не позволяет строить строгие алгоритмы верификации, анализа и оптимизации описаний на этих языках.

В данной работе выполнена формализация понятий потока работ в рамках специализированной онтологической модели, разработан формальный алгебраический язык описания потоков работ, на основе которых реализованы комплексы программ по моделированию и управлению потоками работ, использующие новейшие стандарты и технологии.

Цель работы

Целью работы является разработка моделей, методов и технологий автоматизации управления потоками работ. Практической составляющей работы является разработка комплекса программ, автоматизирующего моделирование и исполнение потоков работ, используемого при решении ряда задач автоматизации научной деятельности. В работе исследованы и решены следующие задачи:

1. Обзор подходов к моделированию потоков работ, их сравнительный анализ.

2. Построение модели потока работ на базе онтологического подхода к задаче описания информационных систем.

3. Разработка формального языка описания потоков работ на базе предложенной модели.

4. Выбор графического представления для визуального моделирования описаний потоков работ.

5. Реализация программного комплекса, автоматизирующего моделирование потоков работ с помощью разработанного формального языка.

6. Реализация комплекса программ по управлению потоками работ, описанными с помощью предложенного формального языка.

7. Апробация полученных результатов в ряде прикладных задач по автоматизации научных вычислительных процессов.

Научная новизна

В работе предложены новые технологии и методы реализации систем управления потоками работ. В отличие от большинства существующих систем автоматизации потоков работ и бизнес-процессов, разработанный программный комплекс имеет следующие особенности:

1. Описание потоков работ базируется на формализованной онтологической модели информационной системы. Данный подход обеспечивает полноту и выразительность получаемой модели потока работ.

2. Представлен формальный алгебраический язык описания потоков работ. Данный язык делает возможным разработку алгоритмов верификации и оптимизации описанных на нем потоков работ, а также средств его интерпретации в рамках исполняющей системы.

3. Предложена графическая запись потока работ на базе спецификации BPMN 1.0 для визуального представления моделей потоков работ в средствах моделирования.

4. Разработана технология моделирования описаний потоков работ (формальное высокоуровневое описание и исполняемое низкоуровневое), реализован программный комплекс для автоматизации процесса моделирования потоков работ.

5. Реализован программный комплекс по управлению автоматизированными потоками работ, базирующийся на новейших интеграционных технологиях, таких как интеграция распределенных информационных систем с помощью Web-сервисов.

Практическая ценность

Построенная формальная онтологическая модель потока работ представляет собой каноническую модель, позволяющую решать проблему сопоставления описаний потоков работ, сделанных с помощью различных технологий моделирования, их взаимного преобразования и сравнения.

Представленная алгебраическая форма записи описаний потоков работ позволяет разрабатывать различные автоматизированные анализаторы и интерпретаторы описаний потоков работ (в том числе, в целях их верификации и оптимизации).

Предложенные методы и средства моделирования полностью автоматизируют процесс разработки описаний потоков работ от формального, высокоуровневого описания до непосредственно исполняемого кода.

Разработанный комплекс программ по управлению потоками работ позволяет автоматизировать сложные распределенные процессы с использованием как человеческих ресурсов, так и взаимодействия с другими информационными системами и хранилищами данных. При этом средства динамической отладки потоков работ позволяют в кратчайшие сроки получать стабильно работающие процессы.

Реализованные программные средства имеют широкий круг применения в области автоматизации научных вычислительных процессов.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:

- Научно-практический семинар "Новые технологии в информационном обеспечении науки" (Таруса, 2003-2005).

- Всероссийская научная конференция "Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции" (Санкт-Петербург, 2003; Пущино, 2004; Суздаль, 2006).

- Всероссийская научная конференция "Научный сервис в сети Интернет" (Новороссийск, 2004).

- Международный коллоквиум Spring Young Researcher's Colloquium On Database and Information Systems - SYRCoDIS, St.-Petersburg, Russia, 2004.

- Международная конференция The 8th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics - SCI 2004, Orlando, Florida, 2004.

- Научная конференция МФТИ (Долгорудный, 2005-2006).

- Международная конференция "Порядковый анализ и смежные вопросы математического моделирования" (Владикавказ, 2006).

- Научные семинары отдела систем математического обеспечения Вычислительного Центра им. А.А. Дородницына РАН (Москва, 2001-2007).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе одна из списка изданий, рекомендованного ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников, включающего 50 наименований, одного приложения. Работа изложена на 100 страницах.

2. Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, описаны решаемые проблемы, рассматриваются базовые возможности систем управления потоками работ в применении к решению задачи автоматизации деятельности. Введение дает характеристику основных проблем и задач, возникающих при этом.

Глава I. Обзор технологий моделирования потоков работ

В главе 1 приведен обзор существующих технологий моделирования потоков работ.

В основе каждого автоматизируемого потока работ заложено понятие так называемой модели потока работ, которая представляет собой формализованное описание потока работ, отражающее реально существующую или предполагаемую деятельность в рамках некоторого реального производственного процесса.

В настоящее время разрабатываются многочисленные стандарты, целью которых является интеграция существующих методов и языков моделирования потоков работ и создание единого методического и технологического базиса.

Метод SADT (Structured Analysis and Design Technique) создан Дугласом Россом (SoftTech, Inc.) в 1969 г. и поддерживается Министерством обороны США, которое было инициатором разработки семейства стандартов IDEF (Integrated DEFinition Methods). Метод SADT реализован в одном из стандартов этого семейства - IDEF0. Это процессный метод моделирования. При этом модель потока работ описывается при помощи диаграмм. Все диаграммы модели SADT взаимосвязаны и организованы в иерархию. Вершина иерархии описывает систему в целом, это самое общее описание, а листья - самые детализированные описания. После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами декомпозиции.

В конце 1980-х годов был разработан метод моделирования IDEF3, являющийся частью семейства стандартов IDEF. С помощью этого метода стало возможным моделировать последовательность действий в рамках некоторого процесса.

К настоящему времени количество средств, методов и технологий моделирования потоков работ сильно увеличилось. Качественно новым шагом в моделировании потоков работ стало появление графического языка Business Process Modeling Notation (BPMN), представленного консорциумом Business Process Management Initiative (BPMI) в 2003 году. Целью этого проекта является создание общего подхода к описанию потоков работ в виде диаграмм, понятных различным категориям специалистов: от аналитиков и экспертов до разработчиков программного обеспечения. Модель BPMN проста в использовании и понимании. Поднимаясь на более высокий уровень сложности описания, можно постепенно подойти к естественному отображению BPMN-диаграмм в исполняемый язык описания потоков работ (такой как BPEL 1.1 или BPML).

Глава II. Онтологический подход к проблеме моделирования потоков работ

В главе 2 представлен подход к моделированию потоков работ, основанный на онтологиях информационных систем.

Наиболее полная онтология для описания информационных систем была представлена в работе «Ontological Foundations of Information Systems» (Weber R., Melbourne, 1997). Онтология BWW (Bunge, Wand and Weber ontology) исходит из следующего предположения: все методы моделирования информационных систем (Information Systems Analysis and Design - ISAD) должны быть в состоянии описать все понятия «реального мира», которые могут быть интересны пользователям информационных систем; в противном случае методика моделирования является неполной. Если модель неполна, аналитик (разработчик) должен соответствующим образом усложнить модель, для того, чтобы разработанная на базе нее информационная система адекватно отражала ту часть «реального мира», для автоматизации которой она предназначена.

Онтология BWW фокусируется на модели представления, которая определяет набор понятий, их связей и характеристик, достаточных для описания структуры и поведения информационных систем.

В работе «Ontological Foundations of Information Systems» вводятся два основных критерия «онтологической» оценки выразительности и целостности метода моделирования информационных систем: онтологическая полнота и онтологическая ясность. При этом можно делать предположения о качестве той и или иной методики моделирования информационных систем по степени соответствия этим критериям.

Онтологическая полнота имеет место при отсутствии в грамматике ISAD дефицита конструкций. Дефицит возникает, когда по крайней мере для одного понятия канонической онтологии не существует отражающей его грамматической конструкции анализируемой грамматики ISAD.

Онтологическая ясность характеризуется отсутствием следующих аномалий:

1. Перегрузка конструкций присутствует в грамматике ISAD в случае, если некоторой грамматической конструкции ISAD соответствует более одного понятия канонической онтологии.

2. Избыточность конструкций присутствует в грамматике ISAD в случае, если более одной грамматической конструкции ISAD представляют одно и то же понятие канонической онтологии.

3. Лишние конструкции присутствуют в грамматике ISAD в случае, если они не соответствуют никаким понятиям канонической онтологии.

Анализ выразительности существующих методик моделирования информационных систем с помощью выявления несоответствий выбранной канонической онтологии широко применяется для анализа средств моделирования потоков работ. Для выражения степени отклонения техники моделирования от канонической онтологии по указанным выше критериям вводятся следующие коэффициенты, которые представляют собой процентное отношение количества конструкций конкретной «аномальной» группы к количеству всех конструкций анализируемой грамматики ISAD:

- относительная степень дефицита (relative degree of deficit, DoD);

- относительная степень перегрузки (relative degree of overload, DoO);

- относительная степень избыточности (relative degree of redundancy, DoR);

- относительная степень присутствия лишних конструкций (relative degree of excess, DoE).

Следующая таблица представляет результаты исследования различных технологий моделирования потоков работ с помощью канонической онтологии BWW:

Табл. 1. Онтологическая оценка методик моделирования потоков работ

Техника моделирования [авторы исследований]	Relative DoD	Relative DoO	Relative DoR	Relative DoE
Petri Net (1962) [Green and Rosemann, 2000]	28%	59%	3%	43%
BPML 1.0 (2002) [Arkin, 2002]	29%	65%	28%	3%
BPMN 1.0 (2004) [Recker, 2006; Rosemann, 2006]	51%	35%	28%	25%
EPC (1992) [Keller, 1992; Scheer, 2000]	3%	62%	43%	28%
WSCI 1.0 (2002) [Arkin, 2002]	29%	49%	18%	8%
ebXML 1.01 (2001) [Arkin, 2002]	15%	13%	14%	5%
BPEL 1.1 (2003) [Andrews, 2003]	32%	49%	13%	6%

Из таблицы видно, что анализ методик моделирования потоков работ с помощью онтологического подхода дает различные результаты, с достаточно большой степенью отклонения по некоторым из коэффициентов (например, коэффициент дефицита для BPMN 1.0 или коэффициент перегрузки для BPEL 1.1). Эти отклонения по большей части обусловлены тем, что «область покрытия реального мира» для информационных систем по автоматизации потоков работ уже, чем для всего класса информационных систем (онтология BWW). Поэтому для получения онтологической объективной оценки необходимо выполнить сужение онтологии BWW на предметную область систем управления потоками работ.

В главе 2 предложен вариант такого сужения. На следующей диаграмме приведен фрагмент UML-диаграммы классов основных сущностей разработанной онтологической модели потока работ:



Рис. 1. Базовые сущности онтологической модели потока работ

Верхняя часть диаграммы представляет базовые понятия онтологии BWW, в то время как нижняя часть - их генерализацию на понятия потока работ. информационный программный моделирование язык

Из приведенного примера видно, что основными классами сущностей являются:

- Событие, возникающее в результате смены состояний потока работ. Внутренние события возникают в результате выполнения действий (например, событие сообщения в результате его генерации), в то время как внешние поступают в поток работ извне (например, событие таймера).

- Действие (преобразование), переводящее поток работ из одного состояния в другое с возможной генерацией событий.

- Процесс, представляющий весь поток работ, как автономную систему, изменяющую свои состояния в соответствии с определенным набором действий и поступающими в систему событиями.

- Подпроцесс, определяющий единицу декомпозиции потока работ (некоторый логически автономный процесс, взаимодействующий с другими процессами в рамках единого потока работ).

В приложении приводится полное описание структуры и семантики элементов разработанной онтологической модели.

Глава III. Алгебраическая и графическая запись онтологической модели потока работ

Формализация потока работ в виде онтологической модели позволяет полностью описать семантику базовых понятий потока работ. При этом полученная семантическая модель не определяет представления описания потока работ в форме удобной для анализа человеком или автоматизированными анализаторами. В связи с этим в рамках данной работы была разработана формальная алгебраическая запись потока работ, семантика которого определена описанной онтологической моделью.

Основной целью разработки данного представления описания потока работ является обеспечение возможности реализации строгих алгоритмов верификации описаний на отсутствие различного рода аномалий (бесконечные циклы, недостижимые участки и т.д.), а так же использование при оптимизации и интерпретации описаний потоков работ исполняющей системой. Разработка самих алгоритмов верификации и оптимизации проводится вне рамок данной работы.

Алгебраическая запись потока работ включает:

1. множество идентификаторов событий ;

2. множество идентификаторов действий ;

3. начальное действие ;

4. множество формул .

Каждая из формул множества имеет следующую структуру:

,

Действия в свою очередь могут быть простыми и составными:

Условие активации действия задает логическое выражение на подмножестве событий с использованием логических операторов '&' (конъюнкция), '|' (дизъюнкция), '!' (отрицание), а так же скобок для расстановки приоритетов. Значение события x считается истиной (true), если до момента вычисления условия была инициирована генерация этого события с помощью простого действия , .

Составное действие строится из действий потока работ с использованием следующих основных правил:

1. '&' - параллельная активация;

2. '.' - последовательная активация;

3. '|' - простой исключающий выбор (активируется первое действие с истинным или отсутствующим условием активации);

4. '||' - исключающий выбор с ожиданием (активируется то действие, для которого условие активации станет истинным за более короткий промежуток времени);

5. '*' - итерация (циклическая активация действия до тех пор, пока остается истинным условие активации действия).

Наиболее важными простыми действиями являются действия генерации события , и ожидания генерации набора событий с поддержкой логической комбинации ожидаемых событий , . Эта пара действий позволяет обеспечить синхронизацию отдельных подпроцессов потока работ, а так же промоделировать базовый поток данных. Приведем пример алгебраической записи потока работ, представленного следующей диаграммой:



Рис. 2. Пример потока работ

Описанный поток работ включает в себя три действия. Два из них (A и B) выполняются параллельно. Последнее действие C выполняется после синхронизации двух параллельных ветвей процесса. Алгебраическая запись такого потока работ имеет вид:

В данном примере введены дополнительные действия , которые определяют «полезную» работу, выполняемую действиями . Полное описание синтаксиса и примеры использования алгебраической записи для описания типовых шаблонов потоков работ приведены в главе 3.

Поскольку алгебраическая форма записи потока работ сложна для восприятия разработчиком описаний, в главе 3 проводится анализ возможности использования в этих целях некоторого удобного графического представления. В результате анализа различных существующих графических языков для описания потоков работ в качестве базового был выбран стандарт BPMN 1.0 (Business Process Modeling Notation). Главный аргумент в пользу данного стандарта - покрытие метамоделью BPMN базовых понятий потока работ в смысле разработанной формальной онтологической модели. Это гарантирует полноту описания потока работ с использованием данного графического языка. На следующей диаграмме представлено описание приведенного ранее простого синхронизирующегося потока работ в представлении BPMN 1.0:

Рис. 3. Пример диаграммы потока работ на языке BPMN 1.0

Как видно из диаграммы, специализированные конструкции BPMN, такие как шлюзы (элементы запуска параллельного исполнения действий и последующей синхронизации), представляют собой удобные макросредства для записи конструкций с синхронизирующими событиями алгебраической формы вида . Это упрощает процесс разработки модели потока работ и делает его более наглядным.

Глава IV. Метод получения исполняемого описания потока работ по его модели

Имея описание потока работ на формальном языке, можно переходить к следующему этапу - получение по описанию модели процесса «программного кода». При этом первоочередная задача - выбор среды функционирования потока работ, включая представление интерфейсов его участников. Среда функционирования потока работ обеспечивает привязку абстрактной модели потока работ к реальным участникам (программным компонентам) и структурам оперативных данных процесса.

Большинство созданных на текущий момент систем управления потоками работ в качестве среды функционирования автоматизированных участников потока работ (сервисов) придерживаются сервис-ориентированной модели взаимодействия, представленной архитектурой Web-сервисов (WSA). Web-сервисы - это распределенные компоненты, обрабатывающие XML-сообщения, передаваемые по протоколу SOAP. Интерфейс Web-сервисов описывается с помощью языка WSDL. Web-сервисы обеспечивают интероперабельность между программными компонентами, которые могут размещаться в различных инфраструктурах.

На текущий момент существует ряд XML-языков для описания исполняемых потоков работ в виде композиций Web-сервисов. В главе 4 проводится обзор существующих стандартов описания исполняемых потоков работ. Наиболее быстрыми темпами развивается язык BPEL (Business Process Execution Language for Web-services). К своему нынешнему виду BPEL эволюционировал из слияния XLANG, созданного в Microsoft, и разработанного в IBM языка WSFL. Позже некоторые дополнения были предложены BEA, а потому и эту компанию включают в число авторов BPEL. В главе 4 рассматривается задача трансляции описаний потока работ на формальном языке в исполняемые языки, поддерживаемые различными исполняющими платформами. Возможность такой трансляции обуславливается тем, что разработанный формальный язык описания потоков работ представляет собой базис любого исполняемого языка (такого, как BPEL, XLANG/s, BPML и т.д.), поскольку он следует онтологической модели, описывающей общие сущности для всех типов потока работ. Поэтому множество понятий исполняемых языков описания потоков работ состоит из:

1. Понятий формального языка описаний потоков работ.

2. Дополнительных контекстно-зависимых понятий. Под контекстно-зависимыми понятиями подразумеваются понятия, присутствие которых в языке обусловлено внешней средой функционирования исполняемого процесса. В частности язык BPEL описывает композиции Web-сервисов, что делает его зависимым от базовых понятий Web-сервисной архитектуры.

Следовательно, для возможности автоматизированной трансляции описания потока работ на формальном языке в контекстно-зависимый, формальный язык должен допускать расширение, позволяющее определять дополнительные директивы транслятора для учета специфики конкретного исполняемого языка.

В рамках диссертационной работы были реализованы средства базовой автоматизированной трансляции описаний потока работ на формальном языке в язык BPEL. При этом был разработан внутренний XML-формат для записи описаний процесса на формальном языке, который путем расширения, включает так же дополнительные элементы описания, необходимые транслятору. В результате трансляции такой XML-записи процесса получается «скелетная» реализация потока работ на языке BPEL, которая дорабатывается разработчиком до исполняемого описания. Ниже приводится пример трансляции описания простого действия асинхронной отправки сообщения внешней системе (например, Web-сервису) из формального языка в язык BPEL:

Табл. 2. Пример трансляции элемента описания потока работ в язык BPEL

Конструкция	Внутреннее XML-представление	Запись на языке BPEL
SEND(x)	<send event="x" participant="service" interface="serviceInterface" operation="serviceOperation" ... />	<variable name="x" … /> … <invoke inputVariable="x" partnerLink="service" portType="serviceInterface" operation="serviceOperation" ... />

В качестве дальнейшей работы планируется полная поддержка трансляции в исполняемый язык BPEL 1.1, а так же в другие языки различных исполняющих платформ.

Глава V. Разработка средств моделирования потоков работ

В главе 5 описывается реализованный комплекс программных средств для автоматизации процесса моделирования потоков работ. Данный комплекс включает в себя:

- визуальные средства моделирования потоков работ на формальном языке, используя выбранный графический язык BPMN 1.0;

- базовые средства автоматизированной трансляции описаний процесса на формальном языке в исполняемый язык BPEL 1.1;

- визуальные средства разработки описаний потоков работ на языке BPEL 1.1.

Общая архитектура редактора описаний потоков работ на формальном языке представлена следующим набором уровней:

- Объектное представление

На данном уровне определен состав классов объектов, зависимости между ними, их атрибуты, соответствующие разработанной онтологической модели потока работ. Эта модель является базовым представлением структуры диаграммы в оперативной памяти при ее визуализации и редактировании.

- Визуальное представление

На данном уровне элементам объектной модели сопоставляются графические фигуры, представляющие их на диаграмме в рамках выбранного графического представления BPMN 1.0.

- Объектно-визуальное отображение

Уровень является связующим звеном между объектным и визуальным представлением диаграммы. Он позволяет построить двунаправленное отображение путем определения для каждого класса объектов управляющего элемента отображения.

- XML-объектное отображение

Функционал данного уровня позволяет сохранять объектное представление диаграммы во внутреннем XML-формате, а так же выполнять обратное построение объектной модели по XML-данным. Таким образом, данный уровень предоставляет базовые средства загрузки/выгрузки диаграмм на жесткий диск.

- Экспорт/импорт в различных форматах

Функционал данного уровня делает возможным трансформацию внутреннего XML-представления диаграммы к различным внешним форматам (включая бинарные) - экспорт. Так же он позволяет приводить описания диаграмм во внешних форматах к внутреннему XML-представлению - импорт.

Визуальный интерфейс редактора описаний потоков работ на формальном языке поддерживает полный набор необходимых функции для эффективного моделирования процессов.

Результатом работы редактора описаний потоков работ является внутреннее XML-представление описания потока работ, которое включает в себя как все синтаксические конструкции, определяемые онтологической моделью и формальным языком описания потоков работ, так и дополнительные элементы и их атрибуты, содержащие необходимые инструкции транслятора.

На текущий момент поддерживается базовая автоматизированная трансляция описаний потоков работ из внутреннего XML-представления в описание на языке BPEL 1.1. При этом происходит автоматизированное построение «скелетной» реализации процесса на языке BPEL, после чего требуется его доработка до исполняемого описания путем учета всех технических требований языка. В дальнейшем планируется поддержать полную автоматизированную трансляцию в этот язык, а также в другие исполняемые языки, такие как XLANG/s, XPDL 2.0.

Для возможности визуальной разработки исполняемых потоков работ на языке BPEL 1.1 реализованы программные средства с поддержкой средств синтаксической и структурной верификации, а также механизмов управления уровнями детализации редактируемых описаний.

Таким образом, реализованный комплекс программных средств полностью автоматизирует процесс разработки описаний потоков работ, а так же позволяет осуществлять экспорт созданных описаний в различных внешних форматах (включая базовую трансляцию в язык BPEL 1.1).

Глава VI. Реализация предложенных моделей и алгоритмов в виде комплекса программ по управлению потоками работ

В главе 6 описывается архитектура разработанного комплекса программ по управлению потоками работ. Данное решение следует ряду Web-стандартов для поддержки открытой модульной архитектуры. Реализованная система включает следующие модули:

- административный Web-портал;

- модуль исполнения потоков работ, включающий:

· подсистему исполнения потоков работ;

· сервер динамической отладки потоков работ;

· подсистему мониторинга;

· подсистему безопасности;

- модуль публикации описаний потоков работ;

- хранилище описаний потоков работ и оперативных данных.

Вычислительные сервисы, сервисы преобразования данных и другие автоматизированные участники рабочего процесса представлены Web-сервисами, следующими архитектуре WSA и стандартам WSDL (Web Services Description Language) и SOAP (Simple Object Access Protocol).

В качестве языка описания автоматизированных потоков работ в системе используется язык BPEL 1.1, поскольку для него на данный момент существует базовая автоматизированная трансляция из формального языка описания потоков работ. Также язык BPEL 1.1 сочетает в себе возможности графового и блочного подхода к описанию исполняемых потоков работ.

Регистрация новых описаний потоков работ и их размещение в репозитории системы управления осуществляется посредством административного Web-сервиса, после чего информация о зарегистрированном процессе и списке активных экземплярах доступна для просмотра и модификации.

Разработанная система исполнения потоков работ имеет развитые средства визуальной отладки. При этом реализована клиент-серверная архитектура, состоящая из сервера отладки, визуального клиента и XML-протокола для их взаимодействия.

Все состояния исполняющегося процесса протоколируются для последующего анализа.

Управление безопасностью доступа к операциям потока работ осуществляется посредством подключаемых модулей безопасности.

Система исполнения потоков работ включает в свой состав ряд системных Web-сервисов, выполняющих такие функции, как трансформация данных, управление списками задач пользователей и т.д. Данный набор функциональных компонент позволяет автоматизировать сложные научные вычислительные процессы.

В конце главы приведены примеры практического внедрения и использования разработанной системы исполнения автоматизированных потоков работ. Наиболее успешные факты внедрения системы имели место в следующих проектах:

1. Проект «Автоматизация гидроакустических исследований и мониторинга» совместно с ТОИ ДВО РАН (2005 г.)

В течение длительного периода времени на стационарном гидрофизическом полигоне ТОИ ДВО РАН «мыс Шульца» проводятся комплексные океанологические наблюдения. Полученные сведения описывают разнообразные гидрофизические процессы в прибрежной области и являются основой для дальнейшего изучения шельфовой зоны Японского моря. Разработанная система исполнения потоков работ использовалась для прототипирования потока работ по сбору, обработке и размещению в хранилище экспериментальных данных.

2. Проект «Информационный портал поддержки использования результатов фундаментальных исследований» при поддержке РФФИ (2003-2006 г.)

Основная цель проекта - поддержка управления информацией о проектах РАН. Система исполнения потоков работ использовалась для автоматизации процессов документооборота, таких как:

- процесс подготовки экспертных оценок проектов;

- процесс обработки запросов инвесторов на получение дополнительных данных по интересующим их проектам.

3. Проект «Электронная Земля: научные информационные ресурсы и информационно-коммуникационные технологии» по программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Разработка фундаментальных основ создания научной распределенной информационно-вычислительной среды на основе технологий GRID» (2004-2006 г.)

Проект имеет своей целью создание на основе технологий IT-инфраструктуры сетевой распределенной информационно-аналитической системы по наукам о Земле, обеспечивающей единообразный доступ к объединяемым в рамках проекта информационно-аналитическим и другим ресурсам. Создаваемая инфраструктура должна предоставлять возможность использования этих ресурсов для решения фундаментальных и прикладных задач, компьютерного моделирования и параллельных вычислений. Система исполнения потоков работ использовалась для описания и исполнения потоков работ по доступу к геофизическим данным и их аналитической обработке.

4. Проект «Разработка среды электронного взаимодействия федеральных органов исполнительной власти и хозяйствующих субъектов» в рамках Федеральной Целевой Программы «Электронная Россия» (2003-2005 г.)

Среда электронного взаимодействия федеральных органов исполнительной власти и хозяйствующих субъектов представляет собой инструментарий для интеграции существующих средств автоматизации государственных учреждений в единое информационное пространство. В рамках этого проекта были использованы средства моделирования процедур электронного взаимодействия (автоматизированных потоков работ), реализованные в рамках данной диссертационной работы.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

В приложении приведены диаграммы классов, описывающие основные сущности онтологической модели потока работ, их атрибуты и связи между ними.

Основные результаты работы

1. Предложена унифицированная модель потока работ, описывающая на формализованном уровне основные понятия потока работ, их характеристики и взаимосвязи между ними.

2. Предложен формальный алгебраический язык описания потоков работ, соответствующий разработанной модели и поддерживающий графическое представление в рамках графического языка описания потоков работ BPMN 1.0.

3. Разработана технология моделирования потоков работ, включающая стадию моделирования и описания на формальном языке и стадию автоматизированного получения исполняемого кода на языке BPEL 1.1.

4. Реализован программный комплекс моделирования потоков работ, автоматизирующих весь процесс получения исполняемого описания потока работ.

5. Предложенные модели и алгоритмы реализованы в виде комплекса программ, обеспечивающего автоматизированное управление потоками работ и использующего Web-сервисные технологии. Разработаны средства интерпретации описаний потоков работ, средства динамической отладки потоков работ, мониторинга их исполнения и протоколирования состояний исполняющегося потока работ для последующего анализа.

6. Разработанные модели, методы и технологии успешно использованы в ряде проектов РАН и в рамках проектов Федеральной Целевой Программы «Электронная Россия».

Список публикаций по теме диссертации

1. Сысоев Т.М., Бездушный А.А., Бездушный А.Н., Нестеренко А.К. Служба управления содержанием системы ИСИР, основанная на XML-технологиях // Новые технологии в информационном обеспечении науки: Труды X научно-практического семинара. /Библиотека по естественным наукам РАН. - М.: БЕН РАН, 2003. - С. 160-181.

2. Нестеренко А.К., Бездушный А.А., Сысоев Т.М., Бездушный А.Н. Возможности службы управления потоками работ по манипулированию ресурсами репозитория ИСИР // Новые технологии в информационном обеспечении науки: Труды X научно-практического семинара. /Библиотека по естественным наукам РАН. - М.: БЕН РАН, 2003. - С. 206-231.

3. Бездушный А.А., Бездушный А.Н., Нестеренко А.К., Серебряков В.А., Сысоев Т.М. Архитектура RDFS-системы. Практика использования открытых стандартов и технологий Semantic Web в системе ИСИР // Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции: Труды V всероссийской научной конференции. /НИИ Химии СПбГУ. - СПб., 2003. - С. 45-60.

4. Нестеренко А.К., Сысоев Т.М., Бездушный А.А., Бездушный А.Н., Серебряков В.А. Интеграция распределенных данных на основе технологий Semantic Web и рабочих процессов // Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции: Труды VI всероссийской научной конференции. /Институт математических проблем биологии РАН. - М., 2004. - С. 263-271.

5. Нестеренко А.К., Сысоев Т.М., Бездушный А.А., Бездушный А.Н. Интеграция информационных потоков посредством координирующих рабочих процессов // Научный сервис в сети Интернет: Сборник трудов всероссийской научной конференции. - М.: МГУ, 2004. - C. 165-167.

6. Нестеренко А.К. Служба управления потоками работ на базе стандартов WfMC // Интегрированная система информационных ресурсов: архитектура, реализация, приложения: Сборник трудов. /Вычислительный Центр им. А.А. Дородницына РАН. - М.: ВЦ РАН, 2004. - С. 96-112.

7. Bezdushny A.A., Bezdushny A.N., Nesterenko A.K., Serebriakov V.A., Sysoev T.M. Integrated System of Information Resources of the Russian Academy of Sciences // The 8th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics SCI 2004, Orlando, Florida. - 2004. - P. 462-467.

8. Бездушный А.Н., Кулагин М.В., Серебряков В.А., Бездушный А.А., Нестеренко А.К., Сысоев Т.М. Предложения по наборам метаданных для научных информационных ресурсов // Журнал "Вычислительные Технологии". - 2005. - Т.10, вып.7 - С. 29-48.

9. Нестеренко А.К. Использование технологии потоков работ для моделирования научных вычислительных процессов // Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук: Труды XLVIII научной конференции. /Моск. физ.-тех. ин-т. - М., 2005. - С. 33-35.

10. Нестеренко А.К. Использование механизмов интеграции приложений для автоматизации процессов управления информационными ресурсами. // Порядковый анализ и смежные вопросы математического моделирования: Труды IV международной научной конференции. /Институт прикладной математики и информатики. - Владикавказ, 2006. - C. 66-76.

11. Нестеренко А.К., Данилина А.А., Сысоев Т.М., Бездушный А.Н., Серебряков В.А. Автоматизация процессов интеграции распределенных информационных ресурсов // Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции: Труды VIII всероссийской научной конференции. /Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова. - Ярославль, 2006. - С. 279-290.

12. Нестеренко А.К. Использование парадигмы Model-View-Controller в задаче реализации средств моделирования бизнес-процессов // Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук: Труды XLIX научной конференции. /Моск. физ.-тех. ин-т. - М., 2006. - С. 61-63.

Размещено на Allbest.ru

...