（机械制造及其自动化专业论文）制造网格工作流模型与任务调度研究.pdf

摘要随着计算机技术、网格( g r i d ) 技术的发展，制造业信息化的深入，制造网格( m a n u f a c t u r i n gg r i d ，m g 作为信息技术和制造技术结合的产物应运而生。制造网格是一种分布式资源共享和协同工作平台，是网格技术在制造业的具体应用。存制造网格中，由于产品开发过程复杂，涉及到大量资源迫切需要工作流技术来对网格应用进行建模，调度和监控。制造网格工作流中模型和任务调度是制造网格工作流研究两个关键技术。本文的主要研究内容如下：首先，通过对制造网格工作流特点的研究，扩展了传统工作流模型，将w e b服务技术与工作流技术相结合，提出了制造网格工作流体系架构。阐述了工作流模块与制造网格中其他模块的关系，其次，本文讨论了制造网格工作流模型及其形式化定义。定义了工作流模型的六个子模型：过程模型、组织模型、资源模型、数据模型、服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e q o s ) 模型和时间模型。本文重点设计了过程模型，资源模型和服务质量模型。采用e c a 舰则来摧述过程模型，并定义了同步协同活动，从而使得过程模型满足制造网格中业务流程的动态性的特性：在资源模型中，针对制造网格中资源特点，定义了制造资源的静态属性和动态属性；币同的领域有不同的q o s 模型，针对制造业特点，提出了服务质量模型，为工作流实例化时查找和选择资源提供了依据。制造网格 _ 作流模型的提出为制造网格工作流的执行奠定了基础。然后，本文对制造网格工作流任务调度进行了研究。制造网格工作流任务调度分为匹配调度和次序调度。本文提出了基于q o s 的任务资源匹配调度策略和f a i - i p 资源选择算法，解决了制造网格工作流中任务选择最优资源的问题。同时，为解决多个任务竞争资源的问题，建立了任务一资源匹配模型提出了次序调度策略，并基于遗传算法给出了m g f i o w 次序调度的算法。最后，开发和实现了本文研究内容，通过制造网格试验床具体的加工任务的应用，获得了很多有价值的经验和数据，为制造阔格1 作流进一步完善和推广实施奠定了坚实的基础。关键词i制造网格，工作流，模型，任务调度，服务质量( q o s )a b s t r a c tw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e ra n dn e t w o r k ，a n dt h ec o n s t a n ta d v a n c eo fm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o n ，m a n u f a c t u r i n gg r i d ( m g ) e m e r g e sa st h er e s u l t so fc o m b i n i n gt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dm a n u f a c t u r i n g ，t op r o v i d eag e n e r a lp l a t f o r mf o rn e t w o r k e d - m a n u f a c t u r i n g m a n u f a c t u r i n gg r i di sa na p p l i c a t i o no fg r i dt e c h n o l o g yi nm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y i nm a n u f a c t u r i n gg r i d ，t h e r ea r em a n yp r o c e s s e sa n dr e s o u r c e si nt h ep r o d u c td e v e l o p m e n t ，s oi t si m p o r t a n ta n du r g e n tt op r o v i d eaw o r k f l o ws y s t e mt om o d e l ，s c h e d u l ea n dm o n i t o rt h eg r i da p p l i c a t i o n w o r k f l o wm o d e la n dt a s ks c h e d u l i n ga r et w ok e yt e c h n o l o g i e si nm g f l o w( m a n u f a c t u r i n gg r i dw o r k f l o w ) f i r s t ，an e wm gw o r k f l o ws y s t e ma r c h i t e c t u r ei sg i v e nb ya n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em g f l o w , e x t e n d i n gt h et r a n d i t i o n a lw o r k f l o wm o d e la n dc o m b i n i n gt h ew e bs e r v i c et e c h n o l o g ya n dg r i dt e c h n o l o g y , t h e nt h ed i s s e r t a t i o np r e s e n t st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ew o r k f l o wm o d u l ea n do t h e rm gm o d u l e s s e c o n d ，t h em g f i o wm o d e la n dt h ef o r m a l i z e dd e f i n i t i o no ft h em o d e la r ep r e s e n t e d t h em g f l o wi n c l u d e sp r o c e s sm o d e l ，o r g a n i z a t i o nm o d e l ，r e s o u r c em o d e l ，d a t am o d e l ，q o sm o d e la n dt i m em o d e l w ed e s i g nt h ep r o c e s sm o d e l ，r e s o u r c em o d e la n dq o sm o d e lp a r t i c u l a r l y w ei n t r o d u c et h ee c ar u l et od e s c r i b et h ep r o c e s sm o d e la n di n t r o d u c et h es y n c h r o n i z a t i o nc o o p e r a t i o na c t i v i t yd e f i n i t i o nw h i c hm a k et h ep r o c e s sm o d e lm e e tt h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fm a n u f a c t u r i n gg r i db u s i n e s sp r o c e s s e sa c c o r d i n gt ot h ep e c u l i a r i t yo fm gr e s o u r c e ，w ed e f i n et h es t a t i cp r o p e r t i e sa n dd y n a m i cp r o p e r t i e so fr e s o u r c e t h e r ea r ed i f f e r e n tq o sm o d e l si nd i f f e r e n tf i e l d a c c o r d i n gt ot h ep e c u l i a r i t yo fm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , q o sm o d e li sp r e s e n t e dt or e s t r i c tt h er e s o u r c es e a r c ha n dc h o i c ei nw o r k f l o wp r o c e s s t h em g f l o wm o d e lp r o v i d e st h ef o u n d a t i o nt ot h ei m p l e m e n to f m a n u f a c t u r i n gg r i dw o r k f l o w t h i r d ，w er e s e a r c ht h et a s ks c h e d u l i n go fm a n u f a c t u r i n gg r i dw o r k f l o w t h em g f l o wt a s ks c h e d u l i n gc o n s i s t so fm a t c h i n gs c h e d u l i n ga n ds e q u e n c es c h e d u l i n g i no r d e rt om a t c ht a s kw i t hr e s o u r c e ，w ei n t r o d u c et h eq o s - b a s e dt a s kr e s o u r c em a t c h i n gp o l i c ya n df a h pr e s o u r c ec h o i c ea l g o r i t h m a n d ，i no r d e rt os o l v et h es c h e d u l i n gp r o b l e mo fm a n yt a s k sc o m p e t er e s o u r c e ，w ec o n s t r u c tt h et a s k r e s o u r c em a t c h i n gm o d e la n dg i v et h ep o l i c ya n dt h em g f l o ws e q u e n c es c h e d u l i n ga l g o r i t h mw h i c hb a s e do nt h eg e n e t i ca l g o r i t h m f i n a l l y , w ed e v e l o pa n di m p l e m e n tt h em g f i o ws y s t e m ，w h i c hp r o v e so u rr e s e a r c hi sv a l u a b l ea n dw o r k a b l e t h ee x p e r i e n c e so b t a i n e df r o mw h i c ha r eq u i t eu s e f u 】f o rf u r t h e rr e s e a r c h e s k e yw o r d s ：m a n u f a c t u r i n gg r i d ，w o r k f l o w , m o d e l ，t a s ks c h e d u l i n g ，q u a l i t yo fi i上海大学硕士学位论文s e r v i c e ( q o s )i i 】原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)1 1日期：1 1 研究背景及其意义1 1 1 制造网格背景第一章绪论随着信息时代的来临、知识经济的挑战、全球化浪潮的冲击、网络经济的影响、高速发展的高科技的推动、新思想和新技术的不断涌现，现代制造业已不再局限于区域性经济，而是面临全球性的市场、资源、技术和人员的竞争，市场需求更具个性化和多样化，制造已不再是传统意义上的制造，而是一个跨国界、全球性大制造的概念。在这种经济和信息全球化，以及我国加入世界贸易组织( w t o ) 的新形势下，利用信息技术与计算机网络技术，特别是突飞猛进发展的i n t e m e t e x t r a n e t i n t r a n e t 技术，改造现有的制造模式，制造业信息化势在必行。党的十五届五中全会以及十六大明确提出：“以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展”战略，同时，科技部提出了“制造业信息化工程”项目，围绕制造业和经济发展的需求，整合科技资源，加快信息技术向传统产业的渗透，大力提高我国企业的核心竞争力【l - 4 j 。在这种时代背景下，国内许多高校和科研机构都开始了网络化制造的研究，提出自己的理论体系和平台结构，用以解决制造业信息化过程中存在的异地资源共享和协同工作问题。例如，华中科技大学杨叔子院士提出了“基于a g e n t 的网络化制造”模式和“分布式网络化制造系统 5 - 6 1 ( d i s t r i b u t e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，d n m s ) ”。香港理工大学李荣彬教授和同济大学张曙教授联合提出了“分散化网络制造系统口。8 1 ”。重庆大学刘飞教授提出了“区域性网络化制造系统【9 _ l “( r e g i o n a ln e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，r n m s ) ”。清华大学吴爱萍博士提出了“网络化敏捷制造”模式【i2 “ 。上海大学俞涛教授提出了“基于s m v p n 的公共技术及服务平台系统建立及其在快速制造中的应用” 1 5 ，等等。然而，由于没有开放的体系结构做支撑，没有通用的标准和规范做基础，使得网络化制造缺乏必要的柔性和开放性，限制了网络化制造的集成推广应用，违背了网络化制造理念提出的初衷。与制造业进行网络化制造研究的同时，在信息领域网格( g r i d ) 技术正在蓬勃发展起来，尤其是随着网格体系结构从早期的五层沙漏结构向开放网格系统架构f o p e ng r i ds e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ，o g s a ) 的发展，对网格的定义和应用也迅速地发生变化，目前最有影响力的是2 0 0 1 年i a nf o s t e r 对网格的定义：动态多机构虚拟组织巾的资源共享和协同问题解决( r e s o u r c es h a r i n ga n dc o o r d i n a t e dp r o b l e ms o l v i n gi nd y n a m i c ，m u l t i i n s t i t u t i o n a lv i r t u a lo r g a n i z a t i o n s ) 。这包括如上海大学硕士学位论文下几个方面的含义：资源的网络化，即通过将资源加入到网格中，使得位于任何地理位置的用户都可以通过网格利用该资源；资源的规范化，即通过将资源封装为服务，屏蔽了资源的多样性和异构性，各种资源对用户都是透明的；资源的相互协调，即对任何网格资源，在o g s a 提供的一定规则的约束和管理下，都可以实现相互协作；资源的动态融合，因为单个资源往往不能满足用户的要求，这时可以通过网格，将众多的资源集中起来，动态形成虚拟组织，形成具有超级能力的虚拟资源。从以上对制造业的需求和网络化制造的优势、缺陷的分析，以及对网格的定义和特点的描述可以看出，网格技术在制造业的应用必将是制造业发展史上的又一个里程碑，极大推动制造业信息化的进程。制造网格( m a n u f a c t u r i n gg r i d ，m g ) 【l6 】的概念就是在这种时代背景下提出的，该平台以现有的制造业信息化技术和手段为基础，充分利用网格技术开放的体系框架、通用的标准和规范、统一的开发平台和工具，致力于为制造业建立一种通用的、标准的和规范的网络化制造模式。该模式的实现不仅能够达到共享资源、协同工作、降低制造成本、提高资源利用率、加快产品上市时间的目的，同时又具有极大的柔性和开放性，可以扩展到世界的每一个角落，覆盖所有的现代制造资源和制造系统，并最终形成全球化的制造网格。制造网格在制造业承担提供技术和服务平台的角色，为企业之间的竞争与合作提供了良好的环境，在最大程度上弥补了制造业现存的缺陷和不足，为制造系统自组织进化铺平了道路。与其它网络化制造平台相比，制造网格具有如下优点：制造平台的标准化、模块化；制造过程的规范化、自动化和资源管理的虚拟化、动态化。1 1 2 工作流技术背景工作流的概念起源于生产组织与办公自动化领域，它是针对日常工作中具有固定程序的活动而提出的概念。提出的目的是通过将工作分解成定义好的任务角色，按照一定的规则和过程来执行任务并对它们进行监控，达到提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产管理水平和企业竞争力的目标，工作流技术为企业更好地实现生产经营目标提供了先进的手段。进入9 0 年代，工作流系统的研究、开发和运用进入了一个新的高潮，被广泛运用于电讯业、软件工程、制造业、金融业、银行业、科学试验、卫生保健领域、航运业和办公自动化等领域。1 9 9 3年工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。w f m c 给出的工作流定义是：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则，文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行【l 。也就是说工作流是一种反映业务流程的计算机化的模型，它是为了在先进计算机环境支持下实现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。w f m c 提出了工作流的参考模型，如图1 - 1 所示。图1 1 工作流参考模型w f m c 的工作流参考模型是对工作流管理系统体系结构的描述。在参考模型中，工作流系统主要由五个功能部件构成：1 工作流运行服务是工作流系统的核心，其功能是借助一个或多个工作流引擎为工作流的执行提供一个运行时环境，解释并激活过程定义，控制过程实例的执行过程和活动顺序，添加工作项目到用户的工作项列表以及在必要时激活应用或i t 工具。2 过程定义工具其主要功能是给用户提供一种对实际业务流程进行分析和建模的手段，并生成业务流程的可被计算机识别和处理的形式化描述。3 客j - 端应用程序它是给用户，即流程的参与者提供一种处理过程实例运行过程中需要人工参与任务的手段。4 被调用的应用和i t 工具指工作流运行服务在过程实例运行过程中调用的，用来处理应用数据的应用程序或工具。5 管理监控工具该部件的功能是对工作流管理系统中过程实例的状态进行管理和监控。通过该工具，管理人员可以了解业务执行情况，也可以干预流程的执行。1 1 3 课题来源及其研究意义1 1 3 1 课题来源本课题来源于一l 海市教委网格e 一研究院2 0 0 3 年的“上海高校网格制造网格应用及其相关中间件的研制”项目。项目编号：2 0 0 3 0 2 。手上海大学硕士学位论文1 1 3 2 课题研究意义制造网格环境下，业务过程非常复杂，涉及到多个步骤、资源和过程，而且任务的过程也比较复杂，包含很多时间、空间和资源方面的约束条件。为了使虚拟组织能够更顺利地完成各项协作任务，及时主动地掌握业务流程中各环节的进度、质量状况等过程信息，进行过程信息通知和反馈，调整产品开发的业务流程，迫切需要利用工作流技术作为虚拟组织的管理平台，对整个生产过程的各个环节进行统一有效的管理，以提高其组成速度、运行效率，支持虚拟组织中任务分配和业务流程。制造网格工作流研究对制造网格系统有如下主要几点促进：1 提高效率：工作流管理确保用户在制造网格平台提交的任务按照一定的顺序依次进行，实现虚拟组织中各个资源之间的实时交互、数据传递等工作，从而实现任务执行过程的自动化。2 提高灵活性：制造网格中过程的复杂性和资源的动态性使得任务执行过程中遇到许多不确定因素，而柔性的工作流模型和执行过程的资源动态调度为虚拟组织动态定义、调整执行过程提供了很大的灵活性。3 ，管理和监控：工作流为每一个过程进行管理和监控。及时主动地掌握业务流程中各活动的执行情况，进行过程信息通知和反馈，保证了任务执行过程的可靠性。4 充分利用制造资源：通过工作流执行过程中的资源动态调度和资源分配算法，工作流系统可以在正确的时间把工作动态的分配给满足要求的资源。本课题的研究意义主要在以下几个方面：1 制造网格中工作流管理是制造网格的核心中间件，它为制造网格提供了良好的运行和管理机制，工作流模型和任务调度是工作流模块的重要研究内容，因此本课题的研究对制造网格的研究和实现具有重要意义。2 制造网格工作流模型是对传统模型的扩展，满足了现在企业流程多变性，动态性的特点，对现代企业动态模型的建立研究具有重要理论意义。3 制造网格工作流任务调度的研究保证了大规模制造任务在动态，异构的虚拟组织中健壮，安全和灵活的执行，为制造网格的推广应用提供了技术保障。1 2 国内外研究现状和发展趋势1 2 1 工作流技术研究现状1 2 1 1 制造业中工作流现状1 企业信息系统的开发平台随着c i m s 、敏捷制造和并行工程等的推广和应用，企业信息管理系统从开始基于文件系统的应用发展到现在的基于数据库系统的应用，许多企业基于数据4库管理系统开发了一系列成熟的信息系统，例如e r p ，p d m ，c r m ，c p c 等等。复杂信息管理系统的大量工作都是信息的处理、流转和发布的过程，因此，迫切需要一种能够支持业务流程自动化( b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n ，b p a ) 的软件工具来满足企业流程管理的需要。工作流管理系统正是顺应这一需求孕育而生，它是用于实现工作流建模、执行、监控、分析、度量和优化的基础中间件平台。工作流管理系统作为流程管理、实现工作流的关键基硎 设施。例如目前商用p d m 软件高端市场方面p t c 公司的w i n d c h i l l 、u g s 公司的t e a m c e n t e r 和达索公司的s m a r t e a m 三个产品中工作流管理都作为企业p d m 实施的一个主要功能。工作流管理系统负责信息的流转，通用报表系统负责信息发布形式的表示和信息的收集，应用系统负责信息的处理，这种模块化的体系结构使信息的收集、存储、处理、流转、发布相分离，既保证了系统的可靠性，又保证了系统的柔性和扩展性。但是这些软件中的工作流系统主要是解决企业内共享和协作( 某些问题仍未很好解决，如异构平台环境、多媒体数据) ，而像性能、可伸缩性、可靠性对于复杂应用系统来说至关重要的问题，现有工作流软件并没有考虑。2 企业流程自动化的应用平台工作流管理系统最直接的用途就是和企业业务流程重构( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e f i n g ，b p r ) 技术相结合管理企业的各种流程，实现企业流程的自动化。b p r 是对企业过程中的核心流程进行根本的重思考和彻底的重设计，以便在现有衡量企业表现的关键如成本、品质、服务和速度等方面获得戏剧化的改善。许多企业对其流程进行了重组，取得了巨大的效果，例如：m信贷公司通过实施流程重组，把为顾客提供融资服务的周期减少了9 0 ( 由原来的7 天压缩为4 个小时) ；柯达公司对新产品开发实施流程重组，结果把3 5 毫米焦距一次性照相机从概念设计到生产所需要的开发时间缩短了5 0 ，从原来的3 8 周降低到1 9 周。工作流管理系统则提供了流程自动执行、流程统计分析、实例实时监控和跟踪等功能的一系列软件工具集，一方面实现了流程在计算机上的自动处理，大大缩短了流程的生命周期，提高了企业的工作和生产效率；另一方面，又可以使用户方便地分析企业业务流程，找出不合理之处，快速给出流程重组的方案。因此，工作流是业务流程重构技术的实现和延伸。3 企业应用系统的集成平台由于企业信息化过程是一个循序渐进的过程，导致企业存在许多老的应用系统。加上企业常常根据自己的需要来选择适合自己的应用系统，企业间应用系统的差别更是巨大，企业内部和企业之间各个应用系统不能进行有效的信息交换，企业内部和企业间存在许多“信息孤岛”。为了消除孤岛，人们提出了许多信息集成框架，如基于x m l 的信息集成框架、基于s t e p 标准的工程信息集成框架，纵观这些技术我们认为，它们多局限于静态信息的交换格式的定义，而对于各个应用系统间相互协作共同完成某项任务的情形却考虑较少，这种情况下需要多个上海大学硕士学位论文应用系统按照结构化或非结构化流程来协同工作，在任务的不同时间激活不同的应用系统，并为应用系统传递相应的参数，而工作流管理系统正满足了这一要求。工作流管理系统可以按照流程的定义，在适当的时间激活相应的应用系统，传递给应用系统相应的参数，获取应用系统的处理结果，把其传递到下一应用，从而实现应用系统的集成。1 2 1 2 网格环境下工作流研究现状网格工作流是网格环境中一个重要的组成部分，它对网格应用进行构建、执行调度、管理监控，使得网格应用能够自动化而且效率更高。网格工作流方面的研究主要包括两个方面的内容，一是有关研究组织和联盟提出的关于网格工作流的建议和规范，例如：g s f l ( g r i ds e r v i c ef l o wl a n g u a g e ) “、g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) t “1 的g r i dw o r k f l o w t “坪口g w a ( g r i dw o r k f l o wa r c h i t e c t u r e ) 、o g s a 中的g r i d w o r k f l o ws e r v i c e s 【2 2 j ；二是一些实际的网格项目和系统采用网格工作流或者具有工作流特征的服务来构建和管理复杂网格应用。在国外，2 0 0 3 年中旬开始，美国和欧 o l t * g 继开始了多个网格工作流研究项目，比较著名的有g r i p h y n 2 3 - 2 5 ，m y g r i d t “ ，y l s g a ，g r i d a n t ”】，s d s cm a t r i x ，g s f l ，l l a b ，d a g m a n 等等。他们的研究重点是开发一种高级的抽象方法，使得复杂的工作流与来自底层组件和服务的集成变得更加容易。g r i p h y n 是美国国家科学研究基金会支持的网格项目，包括g r i p h y n 虚拟数据工具包，c h i m e r a 虚拟数据系统，p e g a s u s 规划系统和c o n d o r 工作流执行系统。g r i p h y n 虚拟数据工具包主要研究动态应用程序构架技术，并开发了虚拟数据目录、规划系统和执行环境来共同构造一种虚拟数据的概念。c h i m e r a 利用虚拟数据工具包提供的虚拟数据服务产生抽象的工作流，并提交给p e g a s u s 规划系统来完成复杂抽象的工作流到网格环境中具体资源的映射。c o n d o r 系统负责管理和执行相关的工作流。m y g r i d 是英国e ，s c i e n c e 支持的网格项目，结合w s f l 产生一种新的基于x m l的工作流描述语言s c u f f ( s i m p l ec o n c e p t u a lu n i f i e df l o wl a n g u a g e ) 和- - 个引用工作流的工作台应用程序。工作台可以编辑由s c u f f 定义的工作流，并翻译成虚拟的知识表示，使得工作流可以浏览并在f r e e f l u o 执行系统中执行。j i s g a 是英困的一个研究网格工作流的项目，它定义了一种基于x m l 的工作流描述语言s w f l ( s e r v i c ew o r k f l o wl a n g u a g e ) ，s w f l 规定了适合o g s a 环境下的网格应用程序的工作流模型。j i s g a 使用工作流引擎为那些由s w f l 描述的网格应用程序的集成提供一个执行环境。它通过动态产生和执行作业，为用户自动处理作业，并允许顺序和并行处理作业。g r i d a n t 是g l o b u s 项目开发的网格工作流管理系统，它采用网格服务工作流的模式进行开发，即用户通过基于x m l 的工作流描述语言来描述自己的网格应用工作流，提交到工作流引擎中执行。s d s cm a t r i是利用网格工作流协议和描述语言为网格工作流管理系统构建p e e r t o p e e r 基础设施的项目。g s f l ( g r i ds e r v i c e sf l o wl a n g u a g e ) 是基于x m l ，支持在o g s a 架构下的网格服务的工作流描述规范，它被x m ls c h e m a s 定义。d a g m a n 是一种c o n d o r 元调度程序，管理工作的依赖性。尽管d a g m a n 并不直接处理网络服务工作流，但用有向非循环图来表示输入输出和执行是内聚的程序集方法，能够描述网格服务的依赖性。国内的多个重点高校已经开展网格工作流的研究，在清华大学、华中科技大学、上海大学、复旦大学、武汉大学和中科院等国内著名高校和研究院所，有多个国家级或与国外研究机构合作的网格工作流项目正在进行着，如华中科技大学的基于服务的网格工作流应用开发项目；国防科技大学在进行的“多域环境下网格 ：作流语言和机制的研究”项目；清华大学、同济大学、浙江大学、香港大学等9 所著名高校联合进行的“网格工作流过程的语义分析与验证理论研究”的项目；复旦大学的“支持输入反馈和健壮性增强的网格工作流自动生成”项目；武汉大学进行的在o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) 下网格工作流描述语言的研究等等，这些研究在网格工作流的基础架构、描述语言和资源的分配与调度等方面取得了一定的进展。1 2 2 工作流技术研究趋势在工作流技术应用同益得到重视的今天，对工作流技术的研究也正在向更深层次进行。工作流技术研究主要分为两方面内容：一是为工作流技术的发展解决理论上存在的问题，探讨工作流模型和语义的形式化表示方法等；二是从工作流实现技术的角度探讨利用先进的技术提高工作流管理系统的性能和可靠性。以下主要讨论工作流实现技术的发展趋势。1 分布式的系统分布式的系统可以使分布的计算资源得到有效的利用，平衡系统负荷，减小系统故障带来的损失。分布的予过程或活动可以在分布的系统组件上独立的运行，并在组件之间传递数据和过程的状态。分布式设计不仅要考虑系统分布组件之间的通讯问题，更重要的是给出过程分布的规则，使整个系统的资源利用达到最优。2 基于w e b 的工作流由于i m t e r n e t 和w e b 的广泛运用与全世界，而且w e b 动态技术日趋成熟，w e b 不仅能提供静态信息，而且能够实现和后台数据库的集成，使得w e b 成为一种很有力的分布式交互方式，目前基于w e b 的工作流系统己成为一种流行趋势，许多供应商纷纷开发新产品或者在原有产品的基础上增加对w e b 的支持。3 组件化设计先进的工作流管理系统的一项重要特征是在设计和实现阶段始终以允许系统进化的思想为基本理念。要实现企业经营过程的快速重组，企业的应用系统需要按照组件的方式构建或改造。采用组件化的系统设计和面向对象的工作流模型后，用户界面组件、工作流管理组件、工作流过程都可以定制和重用，使它们能上海大学硕士学位论文快速适应在不同领域中的应用。4 动态建模技术研究工作流管理系统需要适应变化的环境，变化的环境经常会引起异常的发生。在长过程的执行过程中，对工作流过程模型的优化将造成对过程模型的修改，在过程的执行中重新分配任务，或为活动的执行者在工作方式上提供更多的选择，以便及时采用最有效的资源和人员部署方案。新的工作流系统需要适应过程执行中的动态修改，并维护过程模型的一致性。5 融入事务管理概念在工作流管理中融入事务管理的概念和模型方法可以显著的提高工作流管理系统处理大规模业务应用的能力，目前这个工作已经得到许多研究人员的重视。6 异常处理和错误恢复对于制造企业这样的一个复杂的系统，出现异常和错误是很常见的事，对于工作流管理系统不仅要求它在正常情况能够发挥作用，更重要的是要求它能够灵活的处理各种异常情况，并且在某个节点发生错误时能够保证整个系统不会发生崩溃。7 工作流仿真用户对工作流模型的性能测试和评估需求，引用仿真和性能监控工具将可以满足这方面的需求，所以工作流仿真工具的引入，将不可避免成为工作流系统的发展趋势。1 3 课题研究相关技术基础1 3 1o g s a 和o g s i开放网格服务体系结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) ”，是在原来“五层沙漏结构”的基础上，结合最新的w e bs e r v i c e 技术提出来的，被称为下一代的网格体系结构。o g s a 是一种以服务为中心的“服务结构”，实现的是对服务的共享。这里的服务是指具有特定功能的网络化实体，包括计算资源、存储资源、网络、数据库、仪器设备等等，简而言之，一切都是服务。这种抽象将资源、信息、数据等统一起来，十分有利于灵活、动态的共享机制的实现，使得分布式系统管理有了标准的接口和行为。o g s a 包括两大关键技术，即网格技术和w e bs e r v i c e 技术。w e bs e r v i c e 提供了一种基于服务的框架结构，但是，w e bs e r v i c e 面对的一般都是永久服务，而在网格应用环境中，大量的是i i 台；时性的短暂服务。考虑到网格环境的具体特点，o g s a 在原来w e bs e r v i c e 服务概念的基础上，提出了“网格服务( g r i ds e r v i c e ) ”的概念，用于解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题。基于网格服务的概念，o g s a 将整个网格看作是“网格服务”的集合，上海大学硕士学位论文但是这个集合不是一成不变的，是可以扩展的，这反映了网格的动态特性。w e bs e r v i c e 采取简单的、易理解的标准w e b 协议( 如e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ：x m l 等) 作为组件界面描述和协同描述规范，实现服务描述、发布、定位以及调用。w 3 c 组织定义了一系列与w e bs e r v i c e 相关的标准，其中有三个重要的协议标准，即s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) ，w s d l ( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ，u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n d i s c o v e r ya n di t e g r a t i o n ) 。s o a p 是一种基于x m l 的不依赖传输协议的表示层协议，用来在服务提供者与服务请求者之间进行消息传递。在s o a p 的下层，可以是h t t p h t t p ，也可以是s m t p p o p 3 ，还可以是为一些应用而专门设计的特殊的通信协议。s o a p以x m l 形式提供了一个简单、轻量的用于在分散或分布环境中交换结构化和类型信息的机制。w s d l 就是描述x m l w e b 服务的标准x m l 格式，w s d l 由a r i b a 、i n t e l 、m m 和微软等开发商提出。w s d l 的用途是“描述”您的w e b 服务。业务之间将通过交换w s d l 文件来理解对方的服务。一旦知道您伙伴的服务并希望调用它们，s o a p 就派上用场了。可以将服务看作是通过s o a p 访问的对象。它用一种和具体语言无关的抽象方式定义了给定w e b 服务收发的有关操作和消息。就其定义来说，不能把w s d l 当作一种对象接口定义语言，例如，c o r b a 或c o m等应用程序体系结构就会用到对象接口定义语言。w s d l 保持协议中立，但它确实内建了绑定s o a p 的支持，从而同s o a p 建立了不可分割的联系。作为一种基于x m l 的标准，w s d l 文档用来描述服务数据类型的一组元素、服务可以收到的“消息”以及关联每条消息的s o a p 绑定组成。网格服务通过定义接口来实现不同的功能，服务数据是关于网格服务实例的信息，因此网格服务可以简单地表示为“网格服务i 接g l 行为+ 服务数据”。图1 2 是对网格服务的简单描述。在o g s a 的定义中，只有g r i d s e r v i c e 接口是必需的，而其它的接口如通知( n o t i f i c a t i o n ) 、服务注册( r e g i s t r y ) 、授权( a u t h o r i z a t i o n ) 等都是可选的。服务工厂( f a c t o r y ) 是指实现了f a c t o r y 接口，并且能够通过这个接口创建服务实例( i n s t a n c e ) 的服务。它提供了一个c r e a t e s e r v i c e 接口，用来实现创建服务实例，并返回服务实例的g s h ( g r i ds e r v i c eh a n d l e ) 矛l l 初始g s r ( g r i ds e r v i c er e f e r e n c e ) 。服务工厂是永久服务，即一旦启动后，就会一直保持运行。服务实例( i n s t a n c e ) 是一个临时服务，它通过w s d l 描述服务的接口、属性等，实现生命周期管理、服务发现、通知等。当用户找到需要的服务后，首先会请求它的服务工厂创建一个具有指定生命周期的服务实例。生成的服务实例在生命周期内执行用户的请求。如果生命周期结束，则它会自动结束服务的运行。用户可以通过向服务发送k e e p a l i v e 消息使得服务实例能够继续存活。o g s a 是一个抽象的东酉，是一个框架。o g s i 是作为o g s a 核心规范提出的，它对o g s a 的主要方而具体化、规范化。o g s i 规定了向网格发送处理请求时所使用的接口，相当于w e b 服务中的w s d l 。o g s i 规范通过扩展w e b 服务定义语言w s d l 和x m l s c h e m a 的使用，来解决具有状态属性的w e b 服务的问题。o g s i 引入了一种网格服务的交互模型，通过提供发现、生命周期、状态管理、创建与销毁、事件通知以及引用管理的接口，o g s a 为软件开发人员提供了一种统一的建模和与网格服务进行交互的方式。根据这些接口的功能，可以把这些接口分为三组，第一组是支持网格服务行为、服务数据元素和静态服务数据值的端口类型( p o r t t y p e ) ；第二组是关于通知框架的端口类型；第三组端口类型提供了网格服务成组的概念。1 3 2w s r f2 0 0 4 年初由i b m ，g l o b u s 联盟和h p 等共同提出w s r f ( w s r e s o u r c ef r a m e w o r k ) 结构，它是表示有状态资源和w e b 服务之间关系的一种新方法，是网格技术与w e b 服务相结合的具体体现。w s r f 结构的提出对网格体系结构的发展产生了非常重要的影响，以前的网格体系结构是以o g s a o g s i 为基础的，现在w s r f 取代了o g s i ，并融合在w e b 服务中，给予w e b 服务以新的描述和定义，实现了w e bs e r v i c e 和g r i ds e r v i c e 的统一。w s r f 规范是针对o g s i 规范的主要接口和操作而定义的，它保留了o g s i中规定的所有基本功能，只是改变了某些语法，有如下三个方面的改进：1 w s r f 把o g s i 功能分成一系列功能规范，这样就可以灵活地使用各个部分；2 w s r f 减少了对x m l 模式的使用，这样就可以得到目前大多数w e b服务工具的直接支持，而且开发者比较熟悉；3 明确地把服务与该服务所作用的有状态资源区别开来，而不是集成在一起。在功能上，这几个规范和原来的o g s i 的不同部分有很直接的对应关系表1 1 给出了o g s l 各项功能和w s r f 规范的映射关系。o g s iw s r fg r i ds e r v i c er e f e r e n c ew s a d d r e s s i n ge n d p o i n tr e f e r e n c e嘶ds e r v i c eh a n d l ew s a d d r e s s i n ge n d p o i n tr e f e r e n c eh a n d l e r e s o l v e rp