鄭 明，莫 啟,2+，周小煊，李 彤,2，謝仲文,2，向文坤

1.云南大學(xué) 軟件學(xué)院，昆明 650500

2.云南省軟件工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650500

協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性檢測(cè)及修正*

鄭 明1，莫 啟1,2+，周小煊1，李 彤1,2，謝仲文1,2，向文坤1

1.云南大學(xué) 軟件學(xué)院，昆明 650500

2.云南省軟件工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650500

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，企業(yè)的業(yè)務(wù)活動(dòng)已從企業(yè)內(nèi)單獨(dú)的業(yè)務(wù)過程發(fā)展成為跨企業(yè)多個(gè)協(xié)同業(yè)務(wù)過程的模式，為了確保協(xié)同業(yè)務(wù)過程實(shí)施的正確性，協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性及修正是一個(gè)不可或缺的研究問題。為此，結(jié)合Petri網(wǎng)及過程挖掘的相關(guān)理論，提出了一種跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性檢測(cè)及修正方法。首先基于Petri網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)過程及協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模；然后對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性進(jìn)行定義，并分別給出了相應(yīng)的檢測(cè)算法；最后以現(xiàn)實(shí)中的購(gòu)買過程為案例，檢測(cè)出該購(gòu)買過程中存在的不相容的協(xié)同業(yè)務(wù)過程，并予以修正。結(jié)果表明，在不改變局部業(yè)務(wù)過程的情況下，對(duì)本來(lái)不相容的協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行修正，并最終達(dá)到一種好的滿足相容性的協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型。

協(xié)同業(yè)務(wù)過程；相容性；修正方法

1 引言

以往，信息系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用來(lái)支持單個(gè)任務(wù)的執(zhí)行，如今的信息系統(tǒng)的關(guān)注點(diǎn)不再是任務(wù)，而是業(yè)務(wù)過程。由于業(yè)務(wù)過程重組（business process reengineering，BPR）和持續(xù)過程改進(jìn)（continuous process improvement，CPI）等概念受到業(yè)務(wù)過程的影響而面世，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到業(yè)務(wù)過程的重要性，并且現(xiàn)在的組織機(jī)構(gòu)需要提供更廣闊的產(chǎn)品范圍和服務(wù)范圍，組織內(nèi)的業(yè)務(wù)過程一直呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。比如抵押貸款，幾十年前只有少量的幾種類型的貸款方式，而如今，有著各種各樣的貸款方式可以選擇。不只大量的產(chǎn)品和服務(wù)在持續(xù)增長(zhǎng)，產(chǎn)品和服務(wù)的生命周期也同樣在增長(zhǎng)，因此，業(yè)務(wù)過程也在不斷進(jìn)行變化，而且這些業(yè)務(wù)過程也將變得相當(dāng)復(fù)雜，組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部的信息系統(tǒng)的這些變化，使得業(yè)務(wù)過程成為一個(gè)促進(jìn)信息系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵性問題[1]。

隨著全球經(jīng)濟(jì)化的發(fā)展和企業(yè)信息化程度的不斷提高，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式發(fā)生了重大的變化，企業(yè)的業(yè)務(wù)活動(dòng)已從企業(yè)內(nèi)單目標(biāo)為導(dǎo)向的獨(dú)立發(fā)展模式發(fā)展成為跨企業(yè)多目標(biāo)合作的協(xié)同模式[2]。近年來(lái)，Internet成為主流的計(jì)算平臺(tái)，尤其是面向服務(wù)計(jì)算（service-oriented computing，SOC）的快速興起，使得不同組織業(yè)務(wù)過程間的交互成為可能。在現(xiàn)代商業(yè)環(huán)境下，沒有一個(gè)企業(yè)是獨(dú)立存在的，為實(shí)現(xiàn)共同的商業(yè)目標(biāo)，每個(gè)組織的業(yè)務(wù)過程常常需要跨越組織邊界，同其他組織的業(yè)務(wù)過程進(jìn)行交互和協(xié)作，以形成相對(duì)穩(wěn)定的過程視圖，從而滿足商業(yè)需求。這種復(fù)雜的業(yè)務(wù)過程被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界稱為協(xié)同業(yè)務(wù)過程[3]。

由于跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程是一個(gè)復(fù)雜并且容易出錯(cuò)的過程，在跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程結(jié)合業(yè)務(wù)語(yǔ)義投入使用之前，需要對(duì)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模和相容性分析，防止組織和企業(yè)的協(xié)同業(yè)務(wù)過程出現(xiàn)錯(cuò)誤，因?yàn)榇藭r(shí)修復(fù)錯(cuò)誤的代價(jià)將是難以估計(jì)的。因此，對(duì)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模、相容性分析以及相容性修正等問題的解決勢(shì)在必行。

本文的工作主要有如下幾部分：首先，基于Petri網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模；然后，分別對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性進(jìn)行定義；其次，提出了業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性檢測(cè)算法，對(duì)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性進(jìn)行判斷；最后，對(duì)于跨組織業(yè)務(wù)協(xié)同中出現(xiàn)的不相容的情形，提出了一種相容性修正機(jī)制，根據(jù)該修正機(jī)制進(jìn)行逆向修復(fù)，使得本來(lái)不相容的跨組織業(yè)務(wù)協(xié)同在不改變局部業(yè)務(wù)過程的情況下修正為一種好的相容的跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型。本文的主要貢獻(xiàn)如下：

（1）基于跨組織工作流網(wǎng)（interorganizational workflows，IOWF）對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程分別進(jìn)行建模。

（2）對(duì)于業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程出現(xiàn)的不相容性情況分別提出了相應(yīng)的檢測(cè)算法。

（3）能對(duì)檢測(cè)出的不相容的協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行修正。購(gòu)買過程實(shí)例表明，該方法確實(shí)能夠?qū)Σ幌嗳莸膮f(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行修正并最終得到一個(gè)好的滿足相容性的協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型。

本文組織結(jié)構(gòu)如下：第2章介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的相關(guān)工作；第3章對(duì)一些基本概念進(jìn)行定義并基于Petri網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模；第4章介紹協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性及檢測(cè)；第5章概述了跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)及修正方法，并以一個(gè)典型購(gòu)物過程為案例，詳細(xì)闡述了協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性的修正過程；第6章為結(jié)束語(yǔ)及未來(lái)展望。

2 相關(guān)工作

有關(guān)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性問題的分析已逐漸成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。目前，在這一問題上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從Petri網(wǎng)、進(jìn)程代數(shù)和自動(dòng)機(jī)這三方面進(jìn)行了研究。

Petri網(wǎng)方面：文獻(xiàn)[4]基于工作流網(wǎng)中的良構(gòu)性，提出了服務(wù)良構(gòu)性的概念，為了簡(jiǎn)化相容性的驗(yàn)證條件，將服務(wù)之間的相容性分析簡(jiǎn)化為只需驗(yàn)證其組合服務(wù)從初始標(biāo)識(shí)是否總是能夠到達(dá)終止標(biāo)識(shí)。文獻(xiàn)[5]基于BPEL對(duì)服務(wù)組合進(jìn)行描述，進(jìn)一步借鑒有色Petri網(wǎng)對(duì)BPEL描述的服務(wù)組合進(jìn)行建模，并使用Petri網(wǎng)的結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)對(duì)組合服務(wù)之間的相容性進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[6]基于Petri網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模，并提出了一種基于交互沖突的業(yè)務(wù)流程互操作性檢測(cè)方法，該方法利用局部交互之間的行為約束關(guān)系檢測(cè)復(fù)雜業(yè)務(wù)流程互操作的匹配性。文獻(xiàn)[7]通過Petri網(wǎng)，基于協(xié)作點(diǎn)的語(yǔ)義對(duì)業(yè)務(wù)過程單元間存在的協(xié)作關(guān)系進(jìn)行劃分，應(yīng)用等價(jià)劃分的思想對(duì)跨組織業(yè)務(wù)過程協(xié)同進(jìn)行并行建模，實(shí)驗(yàn)表明，通過并行建模的跨組織業(yè)務(wù)過程協(xié)同模型能夠提高模型的相容性驗(yàn)證效率，減少了形式驗(yàn)證時(shí)間。文獻(xiàn)[8]以Petri網(wǎng)為基礎(chǔ)，提出了一種分而治之的方法，來(lái)分析在時(shí)間約束下的Web服務(wù)流程的相容性，該方法在生成模塊化的時(shí)間狀態(tài)圖的情況下，不僅能夠有效地檢測(cè)違反時(shí)間約束的多個(gè)Web服務(wù)組合，而且也提供了可靠和可用的服務(wù)執(zhí)行路徑以確保用戶服務(wù)的成功執(zhí)行。文獻(xiàn)[9]對(duì)基于虹吸管、陷阱、S-不變量、加模S-不變量等結(jié)構(gòu)特性以及基于狀態(tài)方程解存在性的不可達(dá)標(biāo)識(shí)判定方法進(jìn)行分析，研究了這些方法可以判定的不可達(dá)標(biāo)識(shí)之間的相互關(guān)系，建立了Petri網(wǎng)不可達(dá)標(biāo)識(shí)的分類體系，通過一個(gè)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型的不相容狀態(tài)，檢測(cè)說明了標(biāo)識(shí)不可達(dá)判定方法的應(yīng)用。

進(jìn)程代數(shù)方面：文獻(xiàn)[10]提出了一種基于分布式協(xié)調(diào)模型的方法，該方法通過失敗等價(jià)行為語(yǔ)義保持的投影規(guī)則，使用CSP對(duì)協(xié)作流程進(jìn)行建模，并將協(xié)作流程的相容性分析轉(zhuǎn)換為對(duì)分布式下的協(xié)作子流程的成對(duì)相容性檢查，并進(jìn)一步提出了一種基于適配的檢查方法。文獻(xiàn)[11]基于Pi演算對(duì)協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模，并使用Pi演算的約簡(jiǎn)規(guī)則對(duì)業(yè)務(wù)過程間的交互協(xié)議進(jìn)行約簡(jiǎn)，以判斷是否存在交互異常。文獻(xiàn)[12]基于Pi演算提出一種Web服務(wù)行為相容性的定性判定與定量計(jì)算方法，該方法首先通過算法自動(dòng)地將Web服務(wù)行為和Web服務(wù)之間的交互行為表達(dá)成Pi演算進(jìn)程，然后借助Pi演算的操作語(yǔ)義和形式化推演實(shí)現(xiàn)服務(wù)行為相容性自動(dòng)的定性判定，隨后在Pi演算的進(jìn)程變換理論的基礎(chǔ)上提出算法，實(shí)現(xiàn)服務(wù)相容性自動(dòng)的定理計(jì)算。

自動(dòng)機(jī)方面：文獻(xiàn)[13]為區(qū)分未指定接收的失配和死鎖，采用標(biāo)簽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)對(duì)Web服務(wù)業(yè)務(wù)的行為協(xié)議進(jìn)行描述，并提出了一種基于該描述的失配類型判定方法，該方法不僅能識(shí)別常見的失配類型，而且還能借助對(duì)組合的可比較路徑的判定區(qū)分未指定接收的失配和死鎖。文獻(xiàn)[14]對(duì)于Pi演算擴(kuò)展了事務(wù)語(yǔ)義，將進(jìn)程間的動(dòng)作交互與跨組織膜活動(dòng)相關(guān)聯(lián)來(lái)刻畫多業(yè)務(wù)事務(wù)協(xié)調(diào)行為，并基于等價(jià)自動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換思路繼承現(xiàn)有模型檢驗(yàn)技術(shù)，驗(yàn)證多業(yè)務(wù)事務(wù)是否滿足人們需要的各種性質(zhì)。

上述相關(guān)工作都為本文進(jìn)一步展開跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性檢測(cè)及修正提供了較好的研究基礎(chǔ)。然而，不論上述工作是采用Petri網(wǎng)、進(jìn)程代數(shù)或者其他形式化工具對(duì)協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性進(jìn)行分析，都只是對(duì)是否滿足相容性進(jìn)行了檢測(cè)，或者給出一些驗(yàn)證方法，而并沒有針對(duì)檢測(cè)出來(lái)的不滿足相容性的情況提出一個(gè)系統(tǒng)的修正方法。

為了解決上述問題，本文提出了一種協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性檢測(cè)及修正方法，該方法不僅能夠檢測(cè)出不相容的業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程，還能在不改變局部業(yè)務(wù)過程的情況下，對(duì)協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行修正。

3 協(xié)同業(yè)務(wù)過程建模

Petri網(wǎng)的概念是由德國(guó)科學(xué)家Petri在1962年他的博士論文“Kommunikation mit Automaten”中首次提出[15]。由于Petri網(wǎng)具有形式化語(yǔ)義、直觀的圖形表示、狀態(tài)的顯示表示以及大量成熟的分析工具支持等優(yōu)勢(shì)，目前Petri網(wǎng)在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因此，本著Petri網(wǎng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，借鑒Aalst教授基于Petri網(wǎng)提出的工作流網(wǎng)（workflow net，WF-net）[1]以及面向跨組織管理提出的跨組織工作流網(wǎng)（IOWF）[16]，對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模。

3.1 模型概述

協(xié)同業(yè)務(wù)過程中各個(gè)組織的業(yè)務(wù)過程間的關(guān)系形成了如圖1所示的協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型：組織內(nèi)部的任務(wù)的執(zhí)行和狀態(tài)的轉(zhuǎn)換組成了一個(gè)業(yè)務(wù)過程，不同的業(yè)務(wù)過程之間通過消息庫(kù)所進(jìn)行通信活動(dòng)，構(gòu)成了協(xié)同業(yè)務(wù)過程。

Fig.1 Collaborative business process圖1 協(xié)同業(yè)務(wù)過程

3.2 業(yè)務(wù)過程

業(yè)務(wù)過程作為構(gòu)建跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型中最小的、可重用的單元，被用來(lái)建模一個(gè)組織內(nèi)部的業(yè)務(wù)流程，表示該組織內(nèi)的所有活動(dòng)及活動(dòng)間關(guān)系的描述。

定義1（業(yè)務(wù)過程）業(yè)務(wù)過程是一個(gè)擴(kuò)展的基本Petri網(wǎng)BP=(P,T,F,M,A,fm,i,o)，其中：

（1）P表示有限的庫(kù)所集合，且P?T≠?；P=PM?PG，PM表示特殊的庫(kù)所集合，即消息庫(kù)所，PG表示普通的庫(kù)所集合。

（2）T表示有限的變遷集合，且P?T=?。

（3）F表示業(yè)務(wù)過程中的流關(guān)系，且F?(P×T)?(T×P)。

（4）M：M?P，稱為業(yè)務(wù)過程的一個(gè)狀態(tài)，初始狀態(tài)用M0表示，記為M0={i}。

（5）A表示語(yǔ)義標(biāo)識(shí)有限集。

（6）fm：PM→A，為消息庫(kù)所到語(yǔ)義標(biāo)識(shí)的映射，表示每個(gè)消息庫(kù)所pm關(guān)聯(lián)一個(gè)唯一的語(yǔ)義標(biāo)識(shí)a。

（7）i、o表示兩個(gè)特殊的庫(kù)所，且i,o∈P，其中庫(kù)所i表示起始庫(kù)所，即●i=?，庫(kù)所o表示結(jié)束庫(kù)所，即o●=?。

（8）假如增加新變遷t*到BP，用來(lái)連接起始庫(kù)所i和結(jié)束庫(kù)所o（●t*={o}∧t*●={i}），那么這時(shí)所得的BP是強(qiáng)連通的。

在定義1中，BP中的每一個(gè)變遷表示組織內(nèi)部的一個(gè)具體的任務(wù)；流關(guān)系用來(lái)表示組織中任務(wù)與任務(wù)之間執(zhí)行的順序；任務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)由組織中的托肯分布情況表示，即狀態(tài)M。對(duì)于?p∈P，p中只有無(wú)托肯和只含1個(gè)托肯這兩種情況，若p中含有1個(gè)托肯，則p∈M，否則p?M。?BP，BP中的庫(kù)所記為BP.P，BP中的變遷記為BP.T，BP中的流關(guān)系記為BP.F，BP中的起始庫(kù)所記為BP.i，BP中的結(jié)束庫(kù)所記為BP.o。

3.3 協(xié)同業(yè)務(wù)過程

當(dāng)企業(yè)的業(yè)務(wù)活動(dòng)不再局限于內(nèi)部的以單目標(biāo)為導(dǎo)向的業(yè)務(wù)過程時(shí)，企業(yè)的需求往往會(huì)超越傳統(tǒng)的組織界限，此時(shí)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程應(yīng)運(yùn)而生，基于消息通信，不同組織業(yè)務(wù)過程之間進(jìn)行交互構(gòu)成了協(xié)同業(yè)務(wù)過程，協(xié)同業(yè)務(wù)過程的定義如下。

定義2（協(xié)同業(yè)務(wù)過程）協(xié)同業(yè)務(wù)過程為一個(gè)二元組CBP=(MBP,AC)，其中：

（1）MBP表示業(yè)務(wù)過程的集合，即MBP={BP1,BP2,…,BPn}，n≥2。

（2）AC表示異步通信關(guān)系集合，且AC?PM×IP(TM)×IP(TM)：

①PM表示消息庫(kù)所集合；

②TM=?j∈{1,2,…,n}Tj，表示協(xié)同業(yè)務(wù)過程中業(yè)務(wù)過程參與通信活動(dòng)的變遷集合；

③IP(TM)≠?∧IP(TM)?TM，表示IP(TM)為TM的非空子集。

?ac∈AC，ac=＜pij,Ti,Tj＞(i≠j)，其中：

（1）pij表示BPi中消息庫(kù)所pi和BPj中消息庫(kù)所pj的融合，使得BPi和BPj共享消息庫(kù)所pij。

（2）Ti和Tj表示BPi和BPj中與消息庫(kù)所pij存在流關(guān)系的變遷集合。

（3）fm(pi)=fm(pj)，表示庫(kù)所pi和庫(kù)所pj的語(yǔ)義標(biāo)識(shí)相匹配，也是pi和pj可以融合成消息庫(kù)所的前提條件。

根據(jù)定義2，圖1可以形式化描述為CBP=(MBP,AC)，其中：

（1）MBP={BP1,BP2}

（2）AC?PM×IP(TM)×IP(TM)

①PM={pm1,pm2,pm3}；

②TM={t11,t13,t14,t21,t22,t24}；

③IP(TM)為TM的非空子集。

為了更好地分析跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程并對(duì)其相容性進(jìn)行分析，將協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行展開得到協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型如圖2所示，并給出定義。

Fig.2 Unfolding of collaborative business process圖2 協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開

定義3（協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開）U(CBP)=(PU,TU,FU)是CBP的展開，其中：

（1）PU=P*?PM?{i,o}

①P*=?j∈{1,2,…,n}BPj.P，表示協(xié)同業(yè)務(wù)過程中業(yè)務(wù)過程的庫(kù)所集合；

②PM表示消息庫(kù)所集合；

③i為起始庫(kù)所，用于標(biāo)識(shí)協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型執(zhí)行的開始；

④o為結(jié)束庫(kù)所，用于標(biāo)識(shí)協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型執(zhí)行的結(jié)束。

（2）TU=T*?{ti,to}

①T*表示協(xié)同業(yè)務(wù)過程中業(yè)務(wù)過程的變遷集合；

②ti為協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型的起始變遷；

③to為協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型的結(jié)束變遷。

（3）FU=F*?TM×PM?PM×TM?{(i,ti)}?{(to,o)}?j∈{1,2,…,n}{(ti,BPj.i)}?j∈{1,2,…,n}{(BPj.o,to)}，F(xiàn)* 表示協(xié)同業(yè)務(wù)過程中業(yè)務(wù)過程的流關(guān)系集合。

根據(jù)定義3，圖2中展開的協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型可形式化描述為U(CBP)=(PU,TU,FU)，其中：

（1）PU=P*?PM?{i,o}

①P*={p11,p12,p21,p22,p23,p24}；

②PM={pm1,pm2,pm3}；

③i為起始庫(kù)所；

④o為結(jié)束庫(kù)所。

（2）TU=T*?{ti,to}

①T*={t11,t12,t13,t14,t21,t22,t23,t24}；

②ti為起始變遷；

③to為結(jié)束變遷。

（3）FU={(i,ti),(ti,i1),(ti,i2),(i1,t11),(t11,p11),(p11,t13),(t12,p12),(t13,p12),(p12,t14),(t14,o1),(o1,to),(to,o),(i2,t21),(t21,pm1),(pm1,t11),(t21,p21),(t21,p22),(p21,t22),(p22,t23),(t23,p23),(t22,p24),(p24,t24),(p23,t24),(t24,pm3),(t13,pm2),(pm2,t22),)(t24,o2),(o2,to)}

根據(jù)協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型的形式化描述可知，通過增加的開始變遷ti和結(jié)束變遷to與局部業(yè)務(wù)過程的開始庫(kù)所和結(jié)束庫(kù)所連接在一起，同時(shí)，增加了全局起始庫(kù)所i和全局結(jié)束庫(kù)所o并分別與起始變遷ti和結(jié)束變遷to相連，最終得到了協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型。異步通信關(guān)系通過語(yǔ)義標(biāo)識(shí)映射到消息庫(kù)所PM。通過對(duì)變遷的顏色分類來(lái)區(qū)分跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程中的變遷是否具有異步通信關(guān)系，有關(guān)系的用黑色的變遷表示，無(wú)關(guān)系的用白色變遷表示。

根據(jù)文獻(xiàn)[16]可知，協(xié)同業(yè)務(wù)過程CBP=(MBP,AC)的展開U(CBP)=(PU,TU,FU)是一個(gè)WF-net。因此本文的業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型都是基于基本Petri網(wǎng)的拓展，故可借鑒基本Petri網(wǎng)的變遷發(fā)生規(guī)則和可達(dá)圖的理論對(duì)本文的模型點(diǎn)火規(guī)則和可達(dá)圖進(jìn)行定義。

定義4[17]（變遷發(fā)生規(guī)則）設(shè)U(CBP)=(PU,TU,FU)是一個(gè)協(xié)同業(yè)務(wù)過程的展開，并具有下述變遷發(fā)生規(guī)則：

（1）對(duì)于變遷t∈T，如果?p∈P:p∈●t→M(p)≥1，則說變遷t在狀態(tài)M下有發(fā)生權(quán)，記為M[t＞。

（2）若M[t＞，則在狀態(tài)M下，變遷t可以發(fā)生，從狀態(tài)M發(fā)生變遷t得到一個(gè)新的狀態(tài)M′，記為M[t＞M′，對(duì)?p∈P，滿足：

①M(fèi)′(p)=M(p)-1，若p∈●t-t●；

②M′(p)=M(p)+1，若p∈t●-●t；

③M′(p)=M(p)，其他。

為了刻畫協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開模型的可達(dá)圖，方便協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性修正工作的順利執(zhí)行，給出可達(dá)狀態(tài)集和可達(dá)圖的定義。

定義5[17]（可達(dá)狀態(tài)集）設(shè)U(CBP)=(PU,TU,FU)是一個(gè)協(xié)同業(yè)務(wù)過程的展開，其中M0∈M為U(CBP)的初始狀態(tài)。U(CBP)的可達(dá)狀態(tài)集R(M0)定義為滿足下面兩條件的最小集合：

（1）M0∈R(M0)；

（2）若M0∈R(M0)，且存在變遷t∈T使得M[t＞M′，則M′∈R(M0)。

定義6[17]（可達(dá)圖）設(shè)U(CBP)=(PU,TU,FU)是一個(gè)協(xié)同業(yè)務(wù)過程的展開，U(CBP)的可達(dá)圖定義為一個(gè)三元組RG[U(CBP)]=(R(M0),B,R)，其中：

（1）B={(Mi,Mj)|Mi,Mj∈R(M0)，且 ?tk∈T使得Mi[tk＞Mj}；

（2）R:B→T，R(Mi,Mj)=tk，當(dāng)且僅當(dāng)Mi[tk＞Mj。

4 協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)

在協(xié)同業(yè)務(wù)過程中，協(xié)作過程涉及多個(gè)業(yè)務(wù)過程的交互，因此需要首先對(duì)每個(gè)參與協(xié)同的業(yè)務(wù)過程進(jìn)行分析，在保證局部每個(gè)業(yè)務(wù)過程滿足相容性的條件下，進(jìn)一步對(duì)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行全局觀的相容性分析。通過借鑒Aalst教授在文獻(xiàn)[16]中關(guān)于合理性的定義，給出業(yè)務(wù)過程相容性和協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性的定義。

定義7（業(yè)務(wù)過程相容性）一個(gè)業(yè)務(wù)過程BP=(P,T,F,M,PM,A,fm,i,o)是相容的，當(dāng)且僅當(dāng) ?M(i→*M)?(M→*o)，表示對(duì)每個(gè)從初始狀態(tài)i可達(dá)的狀態(tài)M，必然存在一個(gè)從M到狀態(tài)o的發(fā)生序列，即起始庫(kù)所i中的托肯，總是能夠通過變遷到達(dá)結(jié)束庫(kù)所o中。為了能夠自動(dòng)對(duì)業(yè)務(wù)過程是否滿足相容性進(jìn)行檢測(cè)，基于深度優(yōu)先搜索（depth first search，DFS）提出了一種業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)算法。

算法1業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)算法

定義8（協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性）一個(gè)協(xié)同業(yè)務(wù)過程CBP=(MBP,AC)是相容的，當(dāng)且僅當(dāng)CBP滿足局部相容并且全局相容，其中：

（1）CBP局部相容是指CBP中的每一個(gè)BP都滿足業(yè)務(wù)過程相容性；

（2）CBP全局相容是指CBP的展開U(CBP)=(PU,TU,FU)滿足業(yè)務(wù)過程相容性。

根據(jù)定義8可知，協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性不僅包括了構(gòu)成協(xié)同業(yè)務(wù)過程的局部業(yè)務(wù)過程的相容性，還包括了多個(gè)局部業(yè)務(wù)過程交互構(gòu)成的協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性。算法2對(duì)本文所使用的協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性的檢測(cè)算法過程進(jìn)行了描述。

算法2協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)算法

5 協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性修正

跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)及修正方法的研究思路大致如圖3所示。

本文方法分為3個(gè)過程：跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程建模；協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)；協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性修正。首先，跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程采用Petri網(wǎng)作為形式化工具進(jìn)行建模；然后，對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性進(jìn)行定義并分別給出檢測(cè)算法；最后是協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性的修正。下面將詳細(xì)闡述本文提出的協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)及修正方法。

Fig.3 Method for compatibility detection and correction of collaborative business process圖3 協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性檢測(cè)及修正方法

本文以文獻(xiàn)[11]中的4個(gè)參與者構(gòu)成的購(gòu)買過程案例為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，詳細(xì)闡述本文如何在不改變企業(yè)局部業(yè)務(wù)過程的情況下對(duì)跨企業(yè)協(xié)同業(yè)務(wù)過程相容性進(jìn)行修正的方法。

Fig.4 Purchasing process with 4 participants圖4 4個(gè)參與者構(gòu)成的購(gòu)買過程

圖4展示的購(gòu)買過程的執(zhí)行流程如下：客戶提交訂單給代理商（步驟1）；代理商收到訂單后，向銀行請(qǐng)求查詢?cè)摽蛻舻男庞糜涗洠ú襟E2）和向供貨商請(qǐng)求查詢庫(kù)存信息（步驟4）；如果該客戶信用記錄良好（步驟3），并且?guī)齑鏀?shù)量足夠（步驟5），則代理商向客戶發(fā)送支付請(qǐng)求（步驟7）；客戶完成支付后（步驟8），代理商通知供貨商發(fā)貨（步驟9）；供貨商收到運(yùn)輸請(qǐng)求后將貨物運(yùn)輸給客戶（步驟10）；當(dāng)客戶收到貨物后，發(fā)送確認(rèn)消息給代理商（步驟12）和供貨商（步驟11），完成交易。注意：在上述購(gòu)買過程中，客戶在訂單支付前，可以取消交易；此外，代理商在發(fā)送支付請(qǐng)求給客戶前，也可以取消交易（步驟6）。該實(shí)例是沒有非確定性選擇和循環(huán)的情況。

Fig.5 Business process with 4 participants圖5 4個(gè)參與者的業(yè)務(wù)過程

通過對(duì)上述案例的分析，根據(jù)定義1可以得到4個(gè)參與者的業(yè)務(wù)過程如圖5所示，限于篇幅，對(duì)其中最為復(fù)雜的業(yè)務(wù)過程代理商的形式化描述如下所示：

通過分析4個(gè)參與者業(yè)務(wù)過程在整個(gè)購(gòu)買過程中的交互以及消息庫(kù)所的語(yǔ)義標(biāo)識(shí)是否相匹配，并根據(jù)定義2可以得到4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程的形式化描述如下所示：

進(jìn)一步根據(jù)協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開的定義3可以得到4個(gè)參與者協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開的模型如圖6所示，其形式化描述如下所示：

Fig.6 Unfolding of collaborative business process with 4 participants圖6 4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開

利用算法1及4個(gè)參與者業(yè)務(wù)過程的可達(dá)圖對(duì)圖5進(jìn)行檢測(cè)可判定，購(gòu)買過程中的4個(gè)參與者的業(yè)務(wù)過程均是滿足相容性的。4個(gè)參與者的業(yè)務(wù)過程可達(dá)圖如圖7所示。

Fig.7 Reachability graph of 4 participants'business process圖7 4個(gè)參與者業(yè)務(wù)過程的可達(dá)圖

利用算法2對(duì)圖6中的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開進(jìn)行檢測(cè)可知，在購(gòu)買過程實(shí)例中，4個(gè)參與者業(yè)務(wù)過程交互構(gòu)成的協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開是不滿足相容性的，即該4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程需要修正。由Petri網(wǎng)模擬工具PIPE（platform independent Petri net editor）模擬可知，4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程的可達(dá)圖過于復(fù)雜，多達(dá)48維的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，限于篇幅，本文不再列出。通過對(duì)4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程的變遷執(zhí)行分析可得，滿足相容性定義的從起始庫(kù)所（PStart）到結(jié)束庫(kù)所（PEnd）的所有可達(dá)軌跡如圖8所示，一共有198條。

Fig.8 Compatible reachability trace(part)圖8 相容的可達(dá)軌跡（部分）

同時(shí)，因?yàn)?個(gè)參與者協(xié)同業(yè)務(wù)過程不滿足相容性，所以必然存在從起始庫(kù)所（PStart）出發(fā)，但結(jié)束庫(kù)所不是PEnd的不相容的可達(dá)軌跡，共有102條，如圖9所示。

Fig.9 Incompatible reachability trace(part)圖9 不相容的可達(dá)軌跡（部分）

將4個(gè)參與者協(xié)同業(yè)務(wù)過程中的不滿足相容性的102條可達(dá)軌跡剔除，對(duì)滿足相容性的198條可達(dá)軌跡進(jìn)行提取并按照挖掘可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（mining extensible markup language，MXML）的標(biāo)準(zhǔn)和可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言的（extensible markup language，XML）語(yǔ)法將提取的相容可達(dá)軌跡轉(zhuǎn)換成可擴(kuò)展時(shí)間流（extensible event stream，XES）格式的文檔，部分如下：

ProM[18]是一個(gè)開源且成熟的過程挖掘平臺(tái)，可在http://www.processmining.org下載，本文在該平臺(tái)基于Aalst教授提出的α算法[19]對(duì)4個(gè)參與者協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行挖掘，得到4個(gè)參與者協(xié)同業(yè)務(wù)過程，如圖10所示。

Fig.10 Business process with 4 participants after mining圖10 挖掘后的4個(gè)參與者協(xié)同業(yè)務(wù)過程

結(jié)合挖掘后的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程及各自的業(yè)務(wù)過程，得到經(jīng)過修正后的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開，如圖11所示。

圖11中，形如＜ta1,t1＞的符號(hào)表示同步因子，作用是使得4個(gè)參與者的局部業(yè)務(wù)過程中的變遷ta1與協(xié)同業(yè)務(wù)過程中的變遷t1之間滿足同步關(guān)系。通過算法1和算法2對(duì)修正后的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行檢測(cè)可知，4個(gè)參與者局部業(yè)務(wù)過程分別滿足相容性，并且修正后的協(xié)同業(yè)務(wù)過程同樣滿足相容性。

進(jìn)一步，基于同步關(guān)系，對(duì)滿足同步關(guān)系的變遷進(jìn)行融合，得到修正后的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開，如圖12所示。

Fig.12 Unfolding of collaborative business process with 4 participants after correcting圖12 修正后的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開

Fig.11 Collaborative business process with 4 participants after correcting圖11 修正后的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程

利用算法2對(duì)修正后的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開進(jìn)行檢測(cè)可知，4個(gè)參與者協(xié)同業(yè)務(wù)過程展開同樣也滿足相容性，即在不改變局部業(yè)務(wù)過程的情況下，對(duì)本來(lái)不相容的協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行修正，最終達(dá)到一種好的滿足相容性的4個(gè)參與者的協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程中的相容性問題，目前大多數(shù)學(xué)者主要是從協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性檢測(cè)方法進(jìn)行分析和研究，而針對(duì)協(xié)同業(yè)務(wù)過程不相容情況下的修正方法的研究，尚屬鮮見。為此，本文結(jié)合Petri網(wǎng)及過程挖掘的相關(guān)理論，提出了一種跨組織協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性檢測(cè)及修正方法。主要工作如下：

（1）基于擴(kuò)展的基本Petri網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)過程及協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行建模。

（2）對(duì)業(yè)務(wù)過程和協(xié)同業(yè)務(wù)過程的相容性進(jìn)行定義，并分別給出了相應(yīng)的檢測(cè)算法。

（3）以現(xiàn)實(shí)中的購(gòu)買過程為案例進(jìn)行說明，對(duì)于該購(gòu)買過程中存在的不相容的協(xié)同業(yè)務(wù)過程，通過Petri網(wǎng)及過程挖掘技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修正。

結(jié)果表明，在不改變局部業(yè)務(wù)過程的情況下，對(duì)本來(lái)不相容的協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行修正最終達(dá)到一種好的滿足相容性的協(xié)同業(yè)務(wù)過程模型。

下一步研究方向?yàn)榭紤]如何對(duì)具有個(gè)性化特征的協(xié)同業(yè)務(wù)過程進(jìn)行相容性檢測(cè)和修正。

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Compatibility Detection and Correction of Collaborative Business Process*

ZHENG Ming1,MO Qi1,2+,ZHOU Xiaoxuan1,LI Tong1,2,XIE Zhongwen1,2,XIANG Wenkun1

1.School of Software,Yunnan University,Kunming 650500,China
2.Key Laboratory in Software Engineering of Yunnan Province,Kunming 650500,China

2017-03,Accepted 2017-06.

With the development of economic globalization,the business operations in enterprises have switched from in-company solo business process to inter-enterprise cooperative business process.Thus,the research on the compatibility and correction of cooperative business process is necessary to make sure that the cooperative business process can operate correctly.This paper comes up with a method about compatibility detection and correction for interorganization cooperative business process therefor,based on the theory of Petri nets and process mining:First of all,using Petri net to model the business process and cooperative business process;Then,defining the compatibility in business process and cooperative business process,and providing the corresponding detection algorithms respectively;Finally,taking an actual purchasing process as an example,and detecting and correcting the incompatible cooperative business process in it.Case study shows that it is feasible to correct the incompatible cooperative business process and end up in a well-compatible cooperative business process model without any changes in local business process.

collaborative business process;compatibility;corrective method

+Corresponding author:E-mail:moqiyueyang@163.com

10.3778/j.issn.1673-9418.1703075

*The National Natural Science Foundation of China under Grant Nos.61379032,61262024,61462092,61462095,61662085(國(guó)家自然科學(xué)基金);the Graduate Scientific Research Innovation Foundation of Yunnan University under Grant No.111(云南大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目).

CNKI網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版:2017-06-05,http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5602.TP.20170605.1343.002.html

ZHENG Ming，MO Qi，ZHOU Xiaoxuan,et al.Compatibility detection and correction of collaborative business process.Journal of Frontiers of Computer Science and Technology,2017,11(12)：1907-1921.

A

TP311

ZHENG Ming was born in 1992.He is an M.S.candidate at Yunnan University,and the student member of CCF.His research interests include software engineering,business process management and formal methods.

鄭明（1992—），男，安徽安慶人，云南大學(xué)碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?，業(yè)務(wù)過程管理，形式化方法。

MO Qi was born in 1986.He received the Ph.D.degree from Yunnan University in 2015.Now he is a lecturer at Yunnan University,and the member of CCF.His research interest is business process management.

莫啟（1986—），男，湖南岳陽(yáng)人，2015年于云南大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為云南大學(xué)講師，CCF會(huì)員，主要研究領(lǐng)域?yàn)闃I(yè)務(wù)過程管理。

ZHOU Xiaoxuan was born in 1993.She is an M.S.candidate at Yunnan University,and the student member of CCF.Her research interests include software engineering,software evolution and data mining.

周小煊（1993—），女，吉林長(zhǎng)春人，云南大學(xué)碩士研究生，CCF學(xué)生會(huì)員，主要研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?，軟件演化，?shù)據(jù)挖掘。

LI Tong was born in 1963.He received the Ph.D.degree in software engineering from De Montfort University in 2007.Now he is a professor and Ph.D.supervisor at Yunnan University,and the senior member of CCF.His research interests include software engineering and information security.

李彤（1963—），男，河北石家莊人，2007年于英國(guó)De Montfort大學(xué)軟件工程專業(yè)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為云南大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，CCF高級(jí)會(huì)員，主要研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?，信息安全?/p>

XIE Zhongwen was born in 1982.He received the Ph.D.degree from Yunnan University in 2012.Now he is a lecturer at Yunnan University,and the member of CCF.His research interest is software engineering.

謝仲文（1982—），男，福建漳州人，2012年于云南大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為云南大學(xué)講師，CCF會(huì)員，主要研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ獭?/p>

XIANG Wenkun was born in 1993.He is an M.S.candidate at Yunnan University.His research interests include software engineering,cloud computing and data mining.

向文坤（1993—），男，湖北仙桃人，云南大學(xué)碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)檐浖こ?，云?jì)算，數(shù)據(jù)挖掘。