1、构件化业务流程重组应用服务器可信属性建模方法研究摘 要：针对面向业务流程重组的应用服务器在可信属性建模方面的不足，基于组成应用服务器的构件属性和构件组合行为特征，利用进程代数等相关方法进行抽象，从构件之间的运算角度，定义 BPRAS 构件运算算子，从而建立 BPRAS 代数模型，并基于该代数模型，进一步对其支撑的业务流程应用软件可信属性建模，提出多种可信范式，为可信 BPRAS 软件设计提供理论模型支撑。最后介绍了一个应用实例关键词：业务流程重组； 应用服务器； 可信属性；建模方法 中图分类号：TN91934； TP311 文献标识码：A 文章编号：1004373X（2012）22004605
2、 伴随着业务流程重组（Business Process Reengineering，BPR）的相关理论与技术在农业、工业和服务业信息化领域广泛的应用，用户普遍认可其为业务流程应用软件研发引入较高灵活性和可维护性等优点，同时也对其提高应用软件可信性方面提出了更高的要求。可信软件通常是指在特定环境下其运行行为及其结果符合人们预期，并在受到干扰时仍能提供连续服务的软件1 。当前学术界和产业界从不同角度，采用不同方法对可信软件相关理论展开大量研究，同时作为研究成果，已有大量相应工具出现。但是上述成果大部分关注于通用软件可信性研究23 ，且还未形成较统一的理解和认识，因而对包括业务流程重组应用服务器（B
3、PR oriented Application Server，BPRAS）在内的特定领域软件可信性指导性和适用性尚显不足基于以上研究背景，本文重点针对 BPRAS 这一特定领域软件，以出具验证的业务流程重组为该类领域软件问题域，以该类领域软件所支撑的业务流程应用软件为解域，深入研究业务流程应用软件可信性的形式化方法，对可信业务流程应用软件进行建模，从而提高业务流程应用软件可信性，为可信 BPRAS 软件设计提供理论模型支撑，并为相关工具软件研发提供方法与技术支持具体而言，本文采用以下方法完成上述研究工作。首先给出 BPRAS 元构件和分层构件形式化定义，并在此基础上构建构件运算算子，进而基于构
4、件定义和构件算子给出构件组合的形式化定义；其次，基于构件组合和进程代数理论，建立 BPRAS 代数模型，并给出基于 BPRAS 的业务流程应用软件可信性模型的形式化定义，以及由多种可信范式构成的可信业务流程应用软件规范化等级理论模型毫无疑问，构造可信业务流程应用软件需要系统性的理论与方法，仅依靠 BPRAS 自身难以完成可信业务流程重组应用软件的研发任务，其关键原因在于 BPRAS 处理的是已完成重组的业务流程，而重组后的业务流程是否满足用户业务流程重组需求需要流程开发工具出具验证；另一方面，经过对业务流程可信性分析后确定的规范化等级可反馈至流程开发工具，供用户参考，并完善业务流程至更高规范化
5、等级。由此形成 BPRAS 与出具验证工具45协作模型如图 1 所示图 1 BPRAS 与出具验证工具协作模型 1 BPRAS 构件模型 1.1 元构件与分层构件 1.1.1 元构件 定义 1 元构件可定义为四元组 C=，其中： （1） id 是构件的标识； （2） type=I；II；III；.是构件类型； （3） body=（Input，Output，Exec： ExecI；ExecII；ExecIII；.）是构件运行体；执行体Exec 的各种枚举类型分别对应各种构件类型（4） envi=（Protocal_type，Communi_body）是构件通信环境体1.1.2 表示层构件 定义
6、2 表示层构件可定义为四元组 CPr=，其中： （1） Pr_id 是构件的标识； （2） Pr_type=I；II；III是构件类型；其中 I 型代表与 BPRAS 格式保持一致系统需设置报文格式解析模块；II 型代表受 BPRAS 格式控制系统需设置报文格式解析模块；III 型代表独立于 BPRAS 设计报文格式系统； （3） Pr_body=（Input，Output，Exec：Split；Explain；Translate）是构件运行体；执行体 Exec 的三种枚举类型分别对应 I，II，III 三种构件类型； （4） Pr_envi=（Protocal_type，Communi_bo
7、dy）是构件通信环境体1.1.3 功能层构件 定义 3 功能层构件可定义为四元组 CFu=，其中： （1） Fu_id 是构件的标识； （2） Fu_type=I；II；III是构件类型；其中 I 型代表通讯子层；II 型代表平台子层；III 型代表应用子层；（3） Fu_body=（Input，Output，Exec： Comm；Plat；Appl）是构件运行体。执行体 Exec 的三种枚举类型分别对应 I，II，III 三种构件类型。其中： Comm=（Input，Output，Exec：；SynCom） ，即执行体 Exec 的通信子层 Comm 同构于其母体执行体 Exec，且自身执行
8、体 Exec 的两种枚举类型分别为异步通信和同步通信 SynCom 模块； Plat=（Input，Output，Exec：（MainControl；） ） ，即执行体 Exec 的平台子层 Plat 同构于其母体执行体 Exec，且自身执行体 Exec 的两类模块分别为主控模块 MainControl和辅助模块，即安全控制；格式转换和基本功能支撑 3 种模块； Appl=（Input，Output，Exec：（Business_conf；Mech_conf；Common_conf） ） ，即执行体 Exec 的平台子层 Plat 同构于其母体执行体 Exec，但是应用子层特殊之处在于，其输入
9、来自于 BPR 配置工具出具验证后的业务流程；其输出为业务流程执行日志；且自身执行体 Exec 的三类配置模块分别为业务流程配置模块 Business_conf；商户配置模块Mech_conf 和公共配置模块 Common_conf；实际上，上述三类配置模块并无执行代码，仅为配置信息。 （4） Fu_envi=（Protocal_type，Communi_body）是构件通信环境体1.1.4 数据层构件 定义 4 数据层构件可定义为四元组 CDa=，其中： （1） Da_id 是构件的标识； （2） Da_type=I；II；III是构件类型；其中 I 型代表 INSERT 解析模块；II 型
10、代表与 UPDATE 解析模块；III型代表 DELETE 解析模块； （3） Da_body=（Input，Output，Exec：Insert；Update；Delete）是构件运行体；执行体 Exec 的三种枚举类型分别对应 I，II，III 三种构件类型（4） Da_envi=（Protocal_type，Communi_body）是构件通信环境体由上述定义可知 BPRAS 各层均同构于元构件 C。即CPrCFuCDaC1.2 构件算子 在本节中，设上述分层构件全体组成论域为 U1.2.1 激发与使用算子 定义 5 设 A，B 是论域 Dom（U）中的 2 个构件，若xInput.bo
11、dy（A）yOutput.body（B）（yx）（Protocal（A）=Protocal（B） ） Communi_body（A）Communi_body（B） 即构件 A 通过同类协议向构件 B 发送一个消息“激发”构件 B 中的 Exec.body 并通过 Output.body 实现功能需求，则称 A，B 进行了一次“激发”运算，记作 A| B定义 6 设 A，B 是论域 Dom（U）中的两个构件，若xInput.body（A）yOutput.body（B）（yx）（yExec.body（A） ），即构件 A 通过“使用”构件 B 的 Output.body 实现其内部的 Exec.b
12、ody功能需求，则称 A，B 进行了一次“使用”运算，记作AB。 “激发”与“使用”是最基本的构件组合运算，可统称为“调用”运算，简记为 AB1.2.2 反馈与协同算子 定义 7 设 A，B 是论域 Dom（U）中的 2 个构件，若xInput.body（A）yOutput.body（B）（yx）（Protocal（A）=Protocal（B） ） Communi_body（B）Communi_body（A） 即构件 B 通过同类协议向构件 A“反馈”一个消息，则称 A，B 进行了一次“反馈”运算，记作 AB定义 8 设 A，B 是论域 Dom（U）中的 2 个构件，若xInput.body（
13、A） ，yOutput.body（B） ，使得（xInput.body（A） ）（yOutput.body（B） ） ，反之，若 xOutput.body（A） ，yInput.body（B） ，使得（yInput.body（B） ）（xOutput.body（A） ） ，即构件 A 的运行必导致构件 B 的运行，反之亦成立，则称 A，B是“协同”运算，记作 AB1.2.3 并行、重复与选择算子 定义 9 设 A，B 是论域 Dom（U）中的 2 个构件，若（AB）（Input.body（A）Input.body（B）=） ，即构件 A 与构件 B 在无依赖关系前提下“协同”运算，则称A，B
14、是“并行”运算，记作 A| |B定义 10 设 A，B 是论域 Dom（U）中的 2 个构件，若x1Input.body（A） ，y1Output.body（A） ，x2Input.body（B） ，y2Output.body（B） ，若Output.body（A）Input.body（B）y2x1Input.body（A）Output.body（B）y1x2即构件 A 与构件 B 在满足运行条件下，相互触发对方，则称A，B 进行了一次“重复”运算，记作 AB。特别的，当A=B 时，称 A 重复执行，简记为A定义 11 设 A，B 是论域 Dom（U）中的 2 个构件，若xOutput.bod
15、y（A） ，yOutput.body（B） ，使得Input.body（A）xInput.body（B）y即构件 A 和构件 B 在满足运行条件下，有且仅有一个构件可获得执行权，则称 A，B 是“选择”运算，记作 AB1.3 构件组合 定义 12 BPRAS 构件组合是上述 BPRAS 构件运算的实现。在 BPRAS 中构件组合有特定的语义，即它是在平台子层 Plat 的执行体 Exec 的主控模块 MainControl 控制下根据出具验证的 BPR 流程完成的一次构件运算。可定义为 6元组，其中： （1） Id 是组合标识； （2） Step 是组合与构件交互点的序列集合，每个Step=。
16、其中，Sid 是标识，Sname 是名称，Scode 是构件及运算算子代码，Stype 是类型，Senvi 是环境变量的集合； （3） Beha 是组合行为语义描述； （4） Logs 是组合中各个 Step 的行为日志描述集合；（5） Envi 是组合环境变量的集合； （6） Cons 为保证 BPRAS 构件组合的自定义约束条件的集合，例如，为确保功能层构件必须参与运算，可规定c（cScode.StepcCFu）Cons2 BPRAS 应用软件可信属性建模 2.1 可信性模型 2.1.1 BPRAS 应用软件体系结构 BPRAS 是支撑 BPR 应用软件运行的平台软件，其体系结构已在上节给
17、出其构件及构件组合的形式化描述，下面给出其所支撑的 BPR 应用软件体系结构代数模型。 定义 13 设全体 BPR 应用软件组成论域为 U，则： （1） BPR 构件是一个 BPR 应用软件体系结构； （2） BPRAS 构件组合是一个 BPR 应用软件体系结构；（3） 由 BPRAS 构件经由有限次组合（构件运算）后是一个 BPR 应用软件体系结构BPR 应用软件体系结构，记为 AS=，简称应用软件。其中 CCPr，CFu，CDa表示组成应用软件的构件集合，O| ， ， ， ，表示构件运算的集合。可以证明 AS 对任意一个运算构成代数系统，具备封闭性，即：c1C，c2C，oO，c1oc2C定
18、理 1 设 AS=是应用软件，则 AS 对 O 中任意一个运算都构成代数系统证明 由应用软件组合运算封闭性可得定理 1 正确性将 AS=称为 BPR 应用软件的代数模型，也称为 BPR 应用软件的代数表达式2.1.2 BPRAS 应用软件可信性模型 定义 14 设 AS=是应用软件，若（cC）（cC，oO）（cocCcocC） ）则称 c为 AS 的候选核，简记为 Cker（AS） ，若|Cker（AS）|1，可选定一个为其主核，简称核，简记为 ASker2.1.2 1NF 范式 定义 15 设 AS=是一个应用软件，若满足（c1C）（c2C，oO）（c1oc2Cc2oc1C） ） ，则称 A
19、S满足第一范式，简记为 1NF。显然，为满足 1NF 范式，对软件体系结构设计上的约束等价于物理意义上不允许存在孤立构件，这是可信软件设计的最低要求2.1.3 2NF 范式 定义 16 设 AS=是一个应用软件，若满足 AS 中存在核，则称 AS 满足第二范式，简记为 2NF。例如在 1.3 节“构件组合”定义中介绍的 Cons 约束的 c即为一个核定理 2 设 AS=是一个应用软件，若 AS 满足第二范式，则 AS 必满足第一范式，即 2NF1NF证明由 2NF 和核的定义可知，设 c为 AS 的核，则对c1C，至少 cC，有（c1ocCcoc1C） ，即 AS满足第一范式证毕2.1.4 3
20、NF 范式 定义 17 设 AS=是一个应用软件，若（c1C，c2C）（oO，c1oc2C）（F（c2）F（c1） ），F（c） （cC） （Input（c）=1Output（c）=0） ） 。即对任意两个构件 c1，c2 之间所有运算有：若 c2 不可信，c1 必不可信。则称构件 c1 可信性依赖于 c2。简记为 c2c1定义 18 设 AS=是一个应用软件，若（C1C）（C1Cker（AS） ） ，则称 C1 中任意一个构件 c 为 AS 的候选核因子，简记为 Cker（c） 。特别的，当 C1=ASker 时，称其为主核因子，或核因子，简记为 cker定义 19 设 AS=是一个应用软件
21、，若： （AS2NF）（cC，c，c，c，oO）（Cker（c） ） （Cker（c，c） ）coc（c=c） （Cker（c，c） ）coc（c=c） 即物理意义上，AS 为 2NF 且其任一个候选核有且仅有最多 1 个入口运算构件和 1 个出口运算构件。则称 AS 满足第三范式，简记为 3NF。显然 3NF2NF1NF定义 20 设 AS=是一个应用软件，若（cC）（Input（c）=1） （Output（c）=1） ） ） ，则称 c 为 AS 的一个可信构件，简记为 T（c） ，若（cC）T（c） ） ，则称AS 是一个可信应用软件，简记为 T（AS） 。根据对 c 或 AS可信性度量
22、结果，记其可信性分别为 t（c）和 t（AS） ，且t（c）0，1，t（AS）0，1推论 1 若 c2c1，则 t（c2）t（c1）定理 3 设 AS=是一个应用软件，则 AS 的可信性与所属范式关系为：t（AS3NF）t（AS2NF）t（AS1NF）证明分两步证明： 第 1 步： t（AS2NF）t（AS1NF）： （2NF1NF） （AS2NF）（AS1NF） ） （1） （AS2NF）cCker（AS） （2） （2） （cAScc） （t（c）t（c） ） （3） （c（AS2NF）|t（c） ）= （cCker（AS） ）+（cCker（AS）|t（c） ） （4） （3）+（4）t
23、（AS2NF）t（AS1NF） （5） 第 2 步： t（AS3NF）t（AS2NF）： （3NF2NF） （AS3NF）（AS2NF） ） （6） （c（AS3NF）|t（c） ）= （cCker（AS） ）+cCker（AS） （cCker（AS） ） （cc=） （cc）|t（c） （7） （6）+（7）t（AS3NF）t（AS2NF） （8） 证毕3 BPRAS 应用研究 3.1 出具验证业务流程重组模型 为实现上述验证技术，本文采用的实验环境基于开放平台 Visual Paradigm（一种免费商业 UML 建模工具，可从 http：/ed.fbk.eu/vlpm 下载） 。基于该平
24、台提供的APIs，在此开发了出具验证的可视化建模工具，图 2 是利用该工具完成后某装备制造业铸钢业务流程重组的一个验证实例。 图 2 某装备制造业铸钢业务流程重组验证实例图根据图 2 所示，设在出具验证后业务流程为 AS=；其中Sp1，Np4，Np5，Np6，Np7，Sp3分别代表原业务流程 1，新业务流程 4，新业务流程 5，新业务流程 6，新业务流程 7，原业务流程 3；代表构件调用算子3.2 业务流程应用软件可信性模型 首先，不失一般性，设图 2 中所属构件可信性为均值0.5，即：cAS|t（c）=0.5，则按照构件依赖关系，有：Np4（Sp1，Sp3，Np5，Np7） ；Np6Np5。
25、根据规范化定义，显然，图 2 中业务流程无孤立节点，且无候选核，属于 1NF范式。为提高其可信性，改造后的模型如图 3 所示图 3 改选后模型即将新业务流程 4 和新业务流程 6 以并行算子进行构造，有 AS=，则 AS属于 2NF 范式，其中（Np4Np6）是其惟一候选核。更进一步提高 AS可信性，进行新的构造，如图 4 所示图 4 新构造的模型即新增新业务流程 8，并控制新业务流程 4 和新业务流程 6 以并行方式运行，有 AS=，则AS属于 3NF 范式，Np8（Np4Np6）是唯一候选核4 结 语 构件化 BPR 应用服务器可信属性建模方法是针对出具验证业务流程，提高其可信性的一种形式
26、化方法。它与出具验证业务流程方法协同工作，初步实现了业务流程重组需求所代表的问题域到业务流程应用系统所代表的解域之间映射的可信解决方案问题。同时，通过出具验证业务流程重组工具与可信属性建模方法联合应用到一个实例，表明该方法可用于指导业务流程重组的可信应用软件构造与设计。后续工作包括可信属性建模理论深入研究与工具研发参 考 文 献 1 陈火旺，王戟，董威.高可信软件工程技术J.电子学报，2003，31（12A）：19331938. 2 赵会群，孙晶.面向服务的可信软件体系结构代数模型J.计算机学报，2010，33（5）：890899. 3 张帆，江敏，吴怀广，等.一种基于无干扰的软件动态行为可信
27、性分析方法J.计算机科学，2012，39（1）：101103. 4 HAN Qiang， QIAN Youshi. VIMPM： a tool to support BPR in Integrated Manufacturing C/ Proceedings of 2011 TMEE. Changchun， China： TMEE， 2011：910913. 5 韩强.一个银行中间业务软件支撑平台的设计与实现D.北京：北京大学，2009. 6 李聪玲.液氧/煤油发动机试验控制系统软件架构与设计J.火箭推进，2009，35（2）：4653. 作者简介： 韩 强 男，1973 年出生，博士，系统分析师，CCF 高级会员。主要研究方向为业务流程重组、可信软件。2012 年 11 月 15 日第 35 卷第 22 期
