基于Petri網(wǎng)的分布式協(xié)同辦公智能模型*

任懷慶,王巧玲

(通化師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 通化 134001)

計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作CSCW(Computer Supported Cooperative Work)是一種全新的辦公模式，其本質(zhì)是在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代通訊技術(shù)及設(shè)備的支持下，分布式的個(gè)體共同協(xié)作以完成一項(xiàng)工作[1],在當(dāng)今發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)背景下，CSCW突破了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用概念，為時(shí)空上相互隔離的個(gè)體提供了“面對(duì)面”和“你所見即我見”的分布式協(xié)同工作環(huán)境[2].但是，正是由于CSCW任務(wù)的對(duì)象是分布的，資源是分布的，主體是分布的，給協(xié)同辦公系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，一個(gè)通用的CSCW系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的，必須滿足基本的分布式協(xié)同特征，一般應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：①協(xié)作性.CSCW系統(tǒng)的目的就是要支持分布式的個(gè)體以通過(guò)協(xié)作方式更好地完成任務(wù).②整合性.由于CSCW系統(tǒng)的對(duì)象是分布的，包括各種硬件資源、信息資源、數(shù)據(jù)庫(kù)資源等，在分布式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的支持下，所有的資源對(duì)于分布在不同地理位置的個(gè)體來(lái)講應(yīng)該是透明的，CSCW系統(tǒng)能夠透明地整合這些資源，這也是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、分布式計(jì)算的目標(biāo)之一.③時(shí)效性與時(shí)序性.CSCW系統(tǒng)協(xié)作的任務(wù)都是有時(shí)效的，并且對(duì)于協(xié)作的個(gè)體的操作順序是有要求的，通常要在有效的時(shí)間內(nèi)完成，并且要遵循一定的時(shí)序規(guī)則.④定制性.包括對(duì)操作人等主體的定制，也包括對(duì)業(yè)務(wù)流程、任務(wù)功能、時(shí)效、監(jiān)督機(jī)制等的定制.⑤易修改性.CSCW系統(tǒng)始終以人為主體，而人員是易變動(dòng)的，且環(huán)境、時(shí)效等都是易變的因素，因此CSCW系統(tǒng)必須能夠滿足這種特性，具有易于修改、易于維護(hù)的特征，以滿足對(duì)業(yè)務(wù)變動(dòng)、人員變動(dòng)、時(shí)間進(jìn)度變動(dòng)等的修改.由此可知，CSCW系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的，設(shè)計(jì)一個(gè)通用的CSCW系統(tǒng)模型更具有一定的挑戰(zhàn)性.

Petri網(wǎng)是一種圖形化的建模工具,與其它建模方法相比,Petri網(wǎng)具有更嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)和直觀易懂的圖形表示[3],并且具有嚴(yán)格的系統(tǒng)分析技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)是能更充分地描述系統(tǒng)的分布式并發(fā)性、異步性、不確定性等特點(diǎn),適于建模分布式離散事件系統(tǒng)，而分布式協(xié)同辦公正是這樣一種分布式離散工作流.本文旨在利用Petri網(wǎng)技術(shù)及面向?qū)ο蠹夹g(shù)對(duì)通用CSCW系統(tǒng)進(jìn)行建模，為設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)良好、業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的集通訊、信息整合、應(yīng)用整合和定制開發(fā)為一體的CSCW系統(tǒng)平臺(tái)提供可靠的理論依據(jù).

1 Petri網(wǎng)的基本理論

1.1 Petri網(wǎng)的圖形表示

Petri網(wǎng)是一種抽象的信息流模型，可以形式化地表示信息流、工作流系統(tǒng)的模型.經(jīng)典的Petri網(wǎng)由庫(kù)所、變遷、有向弧、令牌等元素組成，可以用來(lái)模擬系統(tǒng)的事件、條件以及它們之間的關(guān)系[4,5].庫(kù)所在Petri網(wǎng)的圖形表示中用圓形節(jié)點(diǎn)表示，變遷用方形節(jié)點(diǎn)表示，庫(kù)所和變遷之間的有向弧表示庫(kù)所和變遷之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，通常稱有向弧前端的庫(kù)所或變遷為輸入，后端的庫(kù)所或變遷為輸出，為了表示動(dòng)態(tài)的信息轉(zhuǎn)化特性，引入了令牌標(biāo)志，如果一個(gè)變遷的所有輸入都有令牌標(biāo)志，則該變遷滿足激發(fā)條件，結(jié)果是變遷可以發(fā)生，并且該輸出會(huì)獲得令牌標(biāo)志.圖1為處理機(jī)作業(yè)處理的Petri網(wǎng)描述模型[4]，從中可以看出Petri網(wǎng)可以描述動(dòng)態(tài)的分布式工作流處理過(guò)程，圖中的圓點(diǎn)表示令牌.

圖1 處理機(jī)作業(yè)處理的Petri網(wǎng)描述模型

1.2 Petri網(wǎng)的數(shù)學(xué)形式定義

根據(jù)WfMC(工作流管理聯(lián)盟)的定義，工作流可以分為四種流程結(jié)構(gòu)，分別為順序結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)以及循環(huán)結(jié)構(gòu)[6]，圖2為Petri網(wǎng)表示的四種流程結(jié)構(gòu)

圖2 工作流四種流程的Petri網(wǎng)描述

根據(jù)以上四種流程結(jié)構(gòu)，以及綜合考慮協(xié)同辦公工作流的分布式特點(diǎn)，給出以下適合于描述協(xié)同辦公工作流的Petri網(wǎng)定義.

定義1 一個(gè)Petri網(wǎng)N是一個(gè)三元組[7]，N=(P,T,F)，其中，P是庫(kù)所的非空有限集，T是變遷的非空有限集，并且滿足：P∩T=?，F(xiàn)是N的有向弧集，F(xiàn)?(P×T)∪(T×P).

定義2 變遷集T是一個(gè)二元組T=(N,M)，可以表示工作流中的活動(dòng)或任務(wù)，其中N為子Petri網(wǎng)，M為當(dāng)前變遷的狀態(tài)，M可以有三種取值，分別表示未執(zhí)行、正在執(zhí)行、執(zhí)行完畢，如此定義的好處是滿足面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)以及模塊化程序設(shè)計(jì)的需要，易于將Petri網(wǎng)直接映射至面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的類、結(jié)構(gòu)中.

由定義2可以看出，Petri網(wǎng)的定義滿足循環(huán)、嵌套關(guān)系，即Petri網(wǎng)中可以包含Petri網(wǎng)，對(duì)應(yīng)至工作流系統(tǒng)中即代表工作流中可以包含工作流，滿足了程序設(shè)計(jì)中模塊化以及分層的概念，大任務(wù)可以化簡(jiǎn)為多個(gè)小任務(wù)完成，更符合現(xiàn)代面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù).

2 基于Petri網(wǎng)的文檔審批工作流模型

基于上述定義以及對(duì)工作流特征的分析給出了文檔審批工作流的簡(jiǎn)化模型，如圖3，模型中沒(méi)有考慮審批權(quán)限驗(yàn)證、角色處理等問(wèn)題，也沒(méi)有考慮審批人無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)審批等問(wèn)題，這些問(wèn)題都可以通過(guò)在Petri網(wǎng)模型中添加庫(kù)所條件、變遷(任務(wù))循環(huán)等完成.本文中只給出簡(jiǎn)化模型以供參考.

圖3 文檔審批工作流的Petri網(wǎng)模型

由圖3可知，文檔審批工作流由Petri網(wǎng)模型描述非常適合，從文檔制定開始至文檔審批結(jié)束，每一步都可以用Petri網(wǎng)的元素準(zhǔn)確地描述，其中變遷T2、T3為選擇結(jié)構(gòu)的任務(wù)變遷，表示審批人1和審批人2是可選的，即只要有一個(gè)人審閱通過(guò)，任務(wù)即為完成；變遷T2、T3、T4是有次序的，只有T2或T3完成后才能進(jìn)入下一任務(wù)T4，T5與T2、T3、T4是并行的，即審批人4與審批人1、2、3可以對(duì)文檔進(jìn)行并行性審批.

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了Petri網(wǎng)的基本理論，并結(jié)合基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的分布式協(xié)同辦公工作流的特點(diǎn)，提出了用Petri網(wǎng)理論進(jìn)行協(xié)同辦公的建模方法，使用Petri網(wǎng)建模具有明確的語(yǔ)義、清晰的圖形表達(dá)方式，使得對(duì)工作流的處理更加明確，便于修改，能夠更有效地對(duì)協(xié)同辦公工作流邏輯進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)應(yīng)用程序的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義.