基于緊密度的配置業(yè)務(wù)流程模型一致性分析*

高雅楠，方賢文，王麗麗

（安徽理工大學(xué) 理學(xué)院，安徽 淮南 232001）

基于緊密度的配置業(yè)務(wù)流程模型一致性分析*

高雅楠，方賢文，王麗麗

（安徽理工大學(xué) 理學(xué)院，安徽 淮南 232001）

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

業(yè)務(wù)流程；Petri網(wǎng)；緊密度；一致性；配置

0 引 言

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

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

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

1 基本概念

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

（1）P為控制庫(kù)所集，P≠?；

（2）T為控制變遷集，T≠?；

（3）P∩T=?；

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

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

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)所集Pd，Pd≠?；

（2）數(shù)據(jù)變遷集Td，Td≠?；

（3）Pd∩Td=?；

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

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

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

圖1給出了一個(gè)描述網(wǎng)上預(yù)訂酒店的業(yè)務(wù)流程實(shí)例。圖中反映了兩個(gè)方面的信息：控制流方面的信息和數(shù)據(jù)流方面的信息?？刂屏鞣矫娴男畔⒅饕怯脕?lái)約束流程模型結(jié)構(gòu)，滿足服務(wù)的行為。例如，客戶登錄酒店預(yù)訂系統(tǒng)后選擇酒店，經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證后即可生成訂單，之后進(jìn)行付款，支付中心收到付款后才會(huì)發(fā)送短信通知客戶預(yù)訂成功；數(shù)據(jù)流方面的信息，如商品的價(jià)格可以分為普通用戶的商品原價(jià)和VIP用戶的優(yōu)惠價(jià)，預(yù)訂酒店的總消費(fèi)價(jià)格及賬單上返回的消費(fèi)金額等。

圖1 酒店預(yù)訂流程

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

2.1 控制流Petri網(wǎng)模型

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

圖2 控制流Petri網(wǎng)

2.2 數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)模型

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

圖3 數(shù)據(jù)流Petri網(wǎng)

3 基于緊密度的配置流程模型一致性分析

3.1 配置信息的相關(guān)知識(shí)

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

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

圖4 信用度低的顧客支付流程

3.2 緊密度的相關(guān)知識(shí)

模型與模型的緊密度是用k階繼承關(guān)系來(lái)測(cè)量?jī)赡Ｐ椭袑?duì)應(yīng)元素間的行為距離，可用來(lái)檢測(cè)模型行為關(guān)系是否符合控制流與數(shù)據(jù)流模型的一致性。通過(guò)計(jì)算模型與模型的緊密度，可以得到完整的模型更符合哪個(gè)模型的行為關(guān)系。

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

其中，k=1,2,3…。

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

模型N'=(P',T',F',C')到N=(P,T,F,C)的緊密度為：

3.3 配置流程模型一致性計(jì)算方法

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

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

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

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

一致性度的計(jì)算方法如下：

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

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

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

（4）根據(jù)定義6的公式，計(jì)算模型M1與M0的一致性度。

4 實(shí)例分析

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

圖5 初始的酒店預(yù)訂系統(tǒng)

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

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

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

表1 酒店預(yù)訂系統(tǒng)的行為映射關(guān)系

圖6 酒店預(yù)訂系統(tǒng)完整的流程

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

表2 最小k階繼承關(guān)系

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

5 結(jié) 語(yǔ)

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

[1] Gerth C,Luckey M,Küster J M,et al.Detection of Semantically Equivalent Fragments for Business Process Model Change Management[C].In 2010 IEEE International Conference on Services Computing,2010:57-64.

[2] Monika Weidmann,Modood A lvi,Falko Koetter,et al.Business Process Change Management based on Process Model Synchronization of Multiple Abstraction Levels[C].In 2011 IEEE International Conference on Service-Oriented Computing and Applications,2011:1-4.

[3] Matthias Weid lich,Jan Mend ling,Mathias Weske. Efficient Consistency Measurement based on Behavioural Profiles of Process Models[J].Softare Engineeri ng,2011,37(03):410-429.

[4] Matthias Weidlich,Jan Mendling.Perceived Consistency between Process Models[J].Information Systems,2012, 37(02):80-98.

[5] Medeiros A,Weijter A,Aalst W.Gentic Process Mining: A Basic Approach and its Challenges[C].Springer-Verlag:Workshop on Bussiness Process Intelligence, 2006:203-215.

[6] Buijs J C A M,Dongen van B F,Aalst van der W M P.On the Role of Fitness,Precision,Generalization and Simplicity in Process Discovery[C].In Proceedings of CoopIS,2012.

[7] Aalst van der W M P,Dumas M,Gottschalk F,et al.Preserving Correctness during Business Process Model Configuration[J].Formal Aspects of Computing,2010,22 (03-04):459-482.

[8] Aalst van der W M P,Lohmann N,Rosa La M.Ensuring Correctness during Process Configuration via Partner Synthesis[J].Information Systems,2012,37(06):574-592.

[9] Bourne S,Szabo C,Sheng Q Z.Managing Configurable Business Process as a Service to Satisfy Client Transactional Requirements[C].Services Computing (SCC),2015 IEEE In ternationa l Con ference on,2015:154-161.

[10] Huang Y,Feng Z.A Validation Method of Configurable Business Processes based on Data-Flow[C].Service-Oriented Computing-ICSOC 2014 Workshops,Springer International Publishing,2015:323-335.

[11] G ruhn V,Laue R.Redu c ing the Cogn itive Comp lexity of Business Process Models[C].The 8th IEEE International Con ference on Cognitive Informatics(ICCI),2009:339-345.

[12] 吳哲輝.Petri網(wǎng)理論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006:6-42.

WU Zhe-hui.Petri Net Theory[M].Beijing: Mechanical Industry Press,2006:6-42.

[13] Jiménez-Ramírez A,Weber B,Barba I,et al.Generating Optimized Configurable Business Process Models in Scenarios Subject to Uncertainty[J].Information and Software Technology,2015,57(01):571-594.

[14] Kunze M,Weid lich M,Weske M.Querying ProcessModels by Behavior Inclusion[J].Software & Systems Modeling,2015,14(03):1105-1125.

[15] Smirnov S,Weid lich M,Mendling J.Business Process Model Abstraction based on Behavioral Profiles[C]. In ternational Con ference on Service-Orien ted Computing,2010:1-16.

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

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

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

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

business process; petri nets; closeness; consistency; configuration

TP301.1

A

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

10.3969/j.issn.1002-0802.2016.11.014

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

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

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

2016-07-06;

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

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

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