楊　芳，時(shí)和平，周　磊

(1.西安通信學(xué)院, 西安　710106； 2.濟(jì)南軍區(qū)72556部隊(duì),濟(jì)南　250001)

專用通信裝備配發(fā)過(guò)程的WF-nets模型

楊芳1，時(shí)和平1，周磊2

(1.西安通信學(xué)院, 西安710106； 2.濟(jì)南軍區(qū)72556部隊(duì),濟(jì)南250001)

摘要：將工作流網(wǎng)(WF-nets)的基本理論應(yīng)用于專用通信裝備配發(fā)過(guò)程建模，利用CPN Tools對(duì)模型進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證模型的正確性及合理性；仿真結(jié)果表明專用通信裝備管理不適合采用集中統(tǒng)管方式；在此為專用通信裝備配發(fā)流程改進(jìn)提供了理論依據(jù)，也為專用通信裝備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了模型基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：專用通信裝備；配發(fā)流程； 工作流網(wǎng)；集中統(tǒng)管

近年來(lái)，為提高部隊(duì)遂行作戰(zhàn)行動(dòng)、反恐維穩(wěn)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等多樣化軍事任務(wù)通信保障能力，滿足部隊(duì)執(zhí)行軍事任務(wù)和軍警民聯(lián)合行動(dòng)的保障需求，建設(shè)了專用通信網(wǎng)絡(luò)，并將專用通信裝備配發(fā)相關(guān)單位。管理主要采用集中統(tǒng)管模式，相關(guān)管理工作繁瑣復(fù)雜，配發(fā)過(guò)程尤為突出，需要不同領(lǐng)域各個(gè)層次多個(gè)部門的協(xié)同工作。為此本文分析整理該專用通信裝備的配發(fā)過(guò)程，構(gòu)建相應(yīng)的工作流網(wǎng)(WF-nets:Work Flow Nets)模型，為實(shí)現(xiàn)審批、開(kāi)通、歸檔等功能的自動(dòng)化處理提供模型基礎(chǔ)，對(duì)規(guī)范配發(fā)業(yè)務(wù)流程提供理論依據(jù)。

工作流技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工作流程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化處理的基本技術(shù)。工作流建模方法多種多樣，基于有向圖的建模方法、基于IDEF系列建模方法、基于語(yǔ)言行為的建模方法等[1]。這些方法從用戶層面出發(fā)，采用圖形語(yǔ)言或文本語(yǔ)言定義工作流過(guò)程，不利于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)且不能對(duì)工作流的本質(zhì)特征進(jìn)行描述。Petri網(wǎng)建模方法既具有圖形化的表示方法，又具有強(qiáng)大的形式化描述能力，被廣泛的應(yīng)用于工作流建模。文獻(xiàn)[2-4]中將不同的Petri網(wǎng)模型用于工作流建模實(shí)現(xiàn)了針對(duì)工作流邏輯、時(shí)間、性能等不同緯度的分析。WF-nets是荷蘭學(xué)者Aalst提出的一種專門針對(duì)工作流控制流維度進(jìn)行建模的Petri nets。本文利用WF-nets對(duì)專用通信裝備配發(fā)流程進(jìn)行建模，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展分析了配發(fā)流程的時(shí)間性能。

1工作流網(wǎng)

WF-nets(t)以Petri net為基礎(chǔ)，具有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)定義，以及一系列的形式化分析方法。

1.1　工作流網(wǎng)定義

WF-nets(t)的定義如下：

定義1[5]：Petri網(wǎng)PN=(P,T,F)是WF-nets(t)，當(dāng)且僅當(dāng)：

(1)存在一個(gè)源庫(kù)所i∈P，使得·i= ?；

(2)存在一個(gè)匯結(jié)庫(kù)所o∈P,使得O·=?；

(3)每個(gè)節(jié)點(diǎn)x∈P∪T都位于從i到o的路徑上。

約束條件(1)、(2)規(guī)定了WF-nets(t)必須具有一個(gè)源庫(kù)所和一個(gè)漏庫(kù)所，分別代表過(guò)程實(shí)例的開(kāi)始和結(jié)束。約束條件(3)規(guī)定了過(guò)程實(shí)例中的活動(dòng)和條件必須位于源庫(kù)所到漏庫(kù)所的有向弧上。由上述定義可以看出工作流網(wǎng)很好的描述了案例的生命周期。

1.2　工作流網(wǎng)分析方法

業(yè)務(wù)過(guò)程設(shè)計(jì)必須保證邏輯上的正確性，不能存在異常結(jié)構(gòu)，比如“死鎖”，“死循環(huán)”等?；赪F-nets(t)的分析可以判定過(guò)程設(shè)計(jì)的正確性。

Aalst將Petri nets結(jié)構(gòu)特性與動(dòng)態(tài)行為相結(jié)合提出了WF-nets(t)合理性分析。

定義2[6]：由一個(gè)WF-nets(t)建模的過(guò)程是合理的，當(dāng)且僅當(dāng)：

定義中的i，o分別表示源庫(kù)所i與漏庫(kù)所o中存在一個(gè)托肯的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)。條件(1)說(shuō)明了從初始狀態(tài)i總能到達(dá)最終狀態(tài)o。條件(2)說(shuō)明當(dāng)?shù)竭_(dá)最終狀態(tài)o時(shí)，WF-nets(t)中其余庫(kù)所中均沒(méi)有托肯存在。條件(3)則說(shuō)明了WF-nets(t)中不能存在死變遷，即死任務(wù)。文獻(xiàn)[6]給出了WF-nets(t)合理性的分析方法。

活性及有界性的判斷可以利用Petri net提供的形式化分析方法，此處不再贅述參見(jiàn)文獻(xiàn)[7]。文獻(xiàn)[7]提供的各種分析方法都是以人工分析為基礎(chǔ)的，不利于復(fù)雜系統(tǒng)的分析驗(yàn)證。因此本文利用目前最成熟的Petri網(wǎng)建模分析工具CPN Tools[8]對(duì)模型進(jìn)行分析驗(yàn)證。

2專用通信裝備配發(fā)過(guò)程建模

2.1　配發(fā)流程描述

專用裝備配發(fā)流程如圖1所示。

圖1 配發(fā)流程

(1)以專用通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍劃定管理區(qū)域。轄區(qū)內(nèi)各單位相關(guān)部門組織本系統(tǒng)用戶填報(bào)專用通信裝備使用申請(qǐng)，或按任務(wù)需求填報(bào)任務(wù)機(jī)使用申請(qǐng)。

(2)區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門審核臨時(shí)任務(wù)或用戶資料。

(3)區(qū)域保密部門保密審核。

(4)審核通過(guò)并上報(bào)大區(qū)。

(5)大區(qū)業(yè)務(wù)主管部門審核臨時(shí)任務(wù)或用戶資料。

(6)大區(qū)保密部門保密審核。

(7)審核通過(guò)后大區(qū)業(yè)務(wù)主管部門向受理中心下發(fā)開(kāi)通通知，并通知區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門進(jìn)行裝備配發(fā)。

(8)區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門通知本級(jí)庫(kù)房進(jìn)行裝備配發(fā)。

(9)區(qū)域保密部門組織保密模塊配發(fā)。

(10)受理中心開(kāi)通裝備。

(11)各單位整理資料備案并上報(bào)大區(qū)業(yè)務(wù)主管部門。

(12)大區(qū)業(yè)務(wù)主管部門資料備案。

其中受理中心負(fù)責(zé)所有專用通信裝備開(kāi)通及用戶資料的管理。開(kāi)通操作可分解為開(kāi)通子流程，構(gòu)建開(kāi)通子網(wǎng)。受理中心收到上級(jí)通知后，做好相關(guān)登記，開(kāi)通授權(quán)業(yè)務(wù)。

各單位庫(kù)房負(fù)責(zé)本單位專用通信裝備的出入庫(kù)管理。出庫(kù)操作也可分解為出庫(kù)子流程，構(gòu)建出庫(kù)子網(wǎng)。庫(kù)房接到上級(jí)通知后，按要求取貨，與用戶共同測(cè)試裝備，確認(rèn)無(wú)誤后，做出庫(kù)登記，交付用戶，資料備案。

分析上述流程可知參與專用通信裝備配發(fā)的組織機(jī)構(gòu)主要有大區(qū)、區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門、保密部門、受理中心、庫(kù)房。各級(jí)機(jī)構(gòu)完成主要工作如表1所示。

表1　組織機(jī)構(gòu)工作流程表

2.2　配發(fā)WF-nets(t)模型

采用自頂向下的方法分層建模，主流程的WF-nets(t)如圖2所示：其中變遷tv、ta、td是替代變遷分別對(duì)應(yīng)審批子網(wǎng)(圖3)、開(kāi)通子網(wǎng)(圖4)、出庫(kù)子網(wǎng)(圖5)。

圖2　主流程模型

圖3　審批子網(wǎng)

圖4　開(kāi)通子網(wǎng)

審批子網(wǎng)圖3、出庫(kù)子網(wǎng)圖5中庫(kù)所SP、SA、SD為控制庫(kù)所，SA、SP用以控制審批通過(guò)率，SD用以控制故障機(jī)出庫(kù)比例。初始標(biāo)識(shí)設(shè)為常量k，設(shè)置隨機(jī)數(shù)r，比較隨機(jī)數(shù)r與k的取值，控制輸出。根據(jù)實(shí)際情況修改k值，以獲得不同的比率。

模型中相關(guān)變量及函數(shù)聲明如下：

colset I=int;

colset Tt=with voice|data;

colset T=product Tt*I timed;

colset BO = bool with (no,yes);

colset RESULT=with

accept|reject|accept1|pending;

colset ST=with s ;

colset S=product ST*I timed;

colset S_VERTIFY=product ST*BO*I timed;

colset S_RESULT=product

ST*RESULT*I timed;

colset SE=with m;

colset SEC=product SE*I timed;

colset PHP=with nomal|failure ;

colset PH=product PHP*I timed;

colset PH_TEST=product

PHP*BO*I timed;

colset TEN1=int with 0..9;

colset TEN2=int with 1..10;

var r1,r2:BO;

var i:I;

var t:Tt;

var r:TEN1;

var k:TEN2;

var p:PHP;

fun R(r1,r2)=(r1 andalso r2);

fun OK(r:TEN1,k:TEN2)=(r<=k);

其中整數(shù)集TEN1、TEN2，變量r、k，函數(shù)OK是與控制庫(kù)所SA、SP、SD相關(guān)的函數(shù)及函數(shù)聲明。其余聲明用以區(qū)分案例在流轉(zhuǎn)過(guò)程中的不同狀態(tài)。模型中標(biāo)識(shí)含義如表2。

表2　標(biāo)識(shí)含義

續(xù)表

標(biāo)識(shí)意義標(biāo)識(shí)意義t8接收出庫(kù)通知p11出庫(kù)通知接收完畢t9出庫(kù)資料上報(bào)p12出庫(kù)完畢t10配發(fā)資料歸檔p13出庫(kù)資料上報(bào)完畢tv1用戶提交申請(qǐng)p14配發(fā)資料歸檔完畢tv2區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門申請(qǐng)信息匯總end結(jié)束tv3區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門用戶資料審核pv1用戶提交申請(qǐng)完畢tv4區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門審核結(jié)果匯總pv2區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門用戶資料審核準(zhǔn)備就緒tv5區(qū)域保密部門保密審核pv3區(qū)域業(yè)務(wù)主管部門用戶資料審核完畢tv6區(qū)域保密部門審核結(jié)果上報(bào)pv4區(qū)域保密部門保密審核準(zhǔn)備就緒tv7大區(qū)保密審核pv5區(qū)域保密部門保密審核完畢tv8大區(qū)用戶資料審核pv6區(qū)域?qū)徍送ㄟ^(guò)tv9大區(qū)審核結(jié)果匯總pv7大區(qū)保密審核準(zhǔn)備就緒ta1篩選號(hào)碼pv8大區(qū)保密審核完畢ta2用戶號(hào)碼綁定pv9大區(qū)用戶資料審核準(zhǔn)備就緒ta3受理系統(tǒng)開(kāi)通pv10大區(qū)用戶資料審核完畢ta4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一級(jí)開(kāi)通pa1號(hào)碼篩選完畢ta5數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)二級(jí)開(kāi)通pa2用戶號(hào)碼綁定完畢ta6開(kāi)通資料受理中心備案pa3數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)受理中心開(kāi)通完畢td1貨架取機(jī)pa4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開(kāi)通完畢td2開(kāi)機(jī)測(cè)試pa5開(kāi)通成功td3故障機(jī)標(biāo)記入庫(kù)pd1取機(jī)完畢td4登記用戶資料pd2裝備通過(guò)測(cè)試td5用戶確認(rèn)pd3裝備未通過(guò)測(cè)試td6交付用戶pd4用戶資料登記完畢td7出庫(kù)資料備案pd5用戶確認(rèn)完畢start開(kāi)始pd6交付用戶完畢

3模型驗(yàn)證分析

3.1　模型正確性驗(yàn)證

模型存在源庫(kù)所start、漏庫(kù)所end使得·start=?∧end·=?。且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在從start到end的路徑上，符合定義1，因此該模型是WF-nets(t)，結(jié)構(gòu)正確。

構(gòu)建主流程模型的短路網(wǎng)，在庫(kù)所start與end之間添加變遷t*，利用CPN Tools計(jì)算該短路網(wǎng)狀態(tài)空間，生成部分狀態(tài)報(bào)告如表3所示。

表3　部分狀態(tài)報(bào)告

續(xù)表

ta'pa1-ta'pa51UpperLowertd'pa1-ta'pd6110top'start110top'end110top'p11-top'p14110tv'pv11-tv'pv10110LivenessPropertiesDeadMarkings:NoneDeadTransitionInstances:NoneLiveTransitionInstances:All

由報(bào)告可以看出模型的短路網(wǎng)具有很好的活性并且是有界的。由定理1可知該WF-nets(t)是合理的。

3.2　模型時(shí)間性能分析

根據(jù)近年專用通信裝備配發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)，為模型中變遷賦予時(shí)間值。利用CPN Tools進(jìn)行仿真，計(jì)算完成任務(wù)平均時(shí)長(zhǎng)、流程主要環(huán)節(jié)駐留時(shí)間。主要活動(dòng)賦時(shí)見(jiàn)表4。

表4　配發(fā)過(guò)程主要活動(dòng)用時(shí)

仿真運(yùn)行50次求平均值。求得任務(wù)平均完成時(shí)間為22.6 h，約為3個(gè)工作日。審批環(huán)節(jié)平均駐留時(shí)間為12.2 h，大約需要1.5個(gè)工作日，約占任務(wù)完成時(shí)間的54%。

出庫(kù)、開(kāi)通、保密模塊配發(fā)并行執(zhí)行，其中出庫(kù)環(huán)節(jié)平均駐留時(shí)間為5.5 h；開(kāi)通環(huán)節(jié)平均駐留時(shí)間為7.9 h；保密模塊配發(fā)環(huán)節(jié)平均駐留時(shí)間為6.3 h，所需時(shí)間均不超過(guò)1個(gè)工作日。

4結(jié)束語(yǔ)

分析上述數(shù)據(jù)可知在專用通信裝備配發(fā)過(guò)程中審批環(huán)節(jié)繁復(fù)，用時(shí)較長(zhǎng)，可作適當(dāng)改進(jìn)。專用通信裝備配發(fā)數(shù)量有限，但涉及面較廣，用戶分散不利于集中統(tǒng)管?？煽紤]將部分審批權(quán)限下放，各區(qū)域業(yè)務(wù)主管負(fù)責(zé)審批部門負(fù)責(zé)本級(jí)用戶配發(fā)資格，并將配發(fā)資料上報(bào)大區(qū)備案。大區(qū)只負(fù)責(zé)本級(jí)直屬用戶配發(fā)資格審批，減少審批手續(xù)提高配發(fā)效率。

本文分析了專用通信裝備配發(fā)過(guò)程，并利用WF-nets(t)對(duì)配發(fā)過(guò)程進(jìn)行建模，經(jīng)過(guò)模型分析證明該模型正確可靠。該模型可作為專用通信裝備管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的模型基礎(chǔ)。此外，本文在此模型的基礎(chǔ)上針對(duì)專用通信裝備配發(fā)的時(shí)間特性進(jìn)行了仿真分析，并根據(jù)仿真結(jié)果提出了專用通信裝備配發(fā)改進(jìn)意見(jiàn)。但本文沒(méi)有進(jìn)行資源利用率分析。這是下一步工作重點(diǎn)。

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(責(zé)任編輯楊繼森)

收稿日期：2015-02-10

作者簡(jiǎn)介：楊芳(1978—)，女，碩士研究生，講師，主要從事軍事裝備保障研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.019

中圖分類號(hào)：TP302.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0707(2015)07-0073-06

本文引用格式：楊芳，時(shí)和平，周磊.專用通信裝備配發(fā)過(guò)程的WF-nets模型[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(7):73-78.

Citation format:YANG Fang, SHI He-ping, ZHOU Lei.Dedicated Communications Equipment Allotment Process WF-Nets Model[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(7):73-78.

Dedicated Communications Equipment Allotment Process WF-Nets Model

YANG Fang1, SHI He-ping1, ZHOU Lei2

(1.Xi’an Communications Institute, Xi’an 710106, China;

2.Ji’nan Military Region, the No. 72556thTroops of PLA, Jinan 250001, China)

Abstract:The theory of WF-nets was applied to dedicate communication equipment allotment process modeling. CPN Tools was used to analyze and verify the correctness and rationality of the model. Simulation results shows that dedicated communication equipment management is not suitable for centralized management. This article provides the theory basis for the work of allotment and provides the model for the design of the dedicated communication equipment management system.

Key words:dedicated communication equipment; allotment process; WF-nets; centralized management

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【后勤保障與裝備管理】