成本约束下的工作流资源数量优化配置系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了属于计算机技术领域的成本约束下的工作流资源数量优化配置系统和方法。该系统的主要构成部分包括：工作流建模装置，实例和成本统计装置和智能配置装置；该方法通过统计每个工作流活动的实例到达速率和服务速率计算获得各个工作流活动的最少角色数，并按照该最少角色数计算各个工作流活动的平均执行时间进而计算工作流关键路径和最少角色数下的工作流的最低成本，将最低成本与可用成本进行比较，得到优化结果后返回给工作流管理系统进行配置，工作流系统按照优化后的配置结果运行。根据本发明专利技术，能够分析和确定成本约束下的最优工作流资源数量配置，能够使得工作流的关键路径的平均执行时间最短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机
，特别涉及。
技术介绍
工作流技术是支持企业业务重组优化的核心技术，是企业信息系统实施的关键。工作流活 动是工作流的组成单元，每个工作流活动通过工作流管理系统由相应的角色调度相关资源执 行。角色是一组资源和它们能力的组合抽象。根据应用领域的不同，资源可以是人力资源、设 备仪器资源、应用程序和网络资源等等。本专利技术所指的资源都是非消耗性质的资源，也就是那 些在活动执行期间被占用，活动执行完毕被释放后可以被重用，而不能在活动执行期间被生产 或消耗的资源。衡量一个工作流性能优劣最主要的因素之一是工作流的执行时间是否满足客户需要的截 至日期。如果工作流的执行时间超过了截至日期，工作流管理系统需要加入补偿活动和人工干 预等，这样会导致额外的花销和系统资源的浪费，从而降低系统的性能。因此，为了提高工作流系统性能，需要使得尽量多的业务实例能满足截至R期的要求。此外，工作流资源最优配置 工作的进行必须基于工作流结构的正确性，这包括逻辑结构的正确性和时序结构的正确性。工 作流逻辑结构的正确性要解决的主要问题是工作流活动对各个资源实体的使用不存在死锁，使 得工作流在逻辑上能够运行，工作流时序结构的正确性要解决的主要问题是工作流活动在调用 各个资源实体时不存在时序上的冲突。只有在保证工作流逻辑和时序正确性的前提下才能进行 工作流资源最优配置工作。李建强等(Li Jianqiang, Fan Yushun, Zhou Mengchu. Performance Modeling and Analysis of Workflow. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part A, Vol. 34, Iss. 2, March 2004, pp:229-242)提出了一种基于自由选择逻辑结构下的工作流性能分析的方 法，但对工作流资源的使用情况仅停留在获得资源的到达速率上，没有给出后续的优化策略。 Son等(Jin Hyun Son, Myoung Ho Kim. Improving the performance of time-constrained workflow processing. The Journal of Systems and Software, 2001，58(1):211-219)角孕决了在一 定到达率下每个工作流活动需要的最少角色个数的问题，但是没有做后续优化配置工作。工作流活动，角色和资源之间的关系由图1所示的多维工作流网清楚的展示。多维工作流 网为5元组(ff/，0，凡Fa。，/^)，由过程维、角色维、资源维组成，最上面一层为过程维，使用有向图描述了工作流活动之间的控制逻辑关系；第二层是角色维，表示支持过程维中的活动执 行的角色；第三层是资源维，表示角色所能调度的资源池。多维工作流网满足1) ^y二h，^，…，aj为工作流活动集合，构成过程维；2) <9 = {0|,02,...,0,,}为一组角色的集合，每个角色o,负责组织协调资源完成相应工作流活 动，构成角色维；3) ^ =化， ...,~}为一组资源池的集合，每个兀素r,表示一个资源池或者一种资源类型(包含多个相同资源实体)，构成资源维；4) F。。^『/xO，表示工作流活动和角色之间的映射关系；5) FOTGOxi ，表示角色和调用资源的映射关系。假设一个工作流活动需要指定唯一的一种角色来配置资源，即工作流活动a,的执行由角色o,负责。在多维工作流网中，每个资源池包含多个相同技能、能力的资源个体。假设工作流活动a,的执行由角色o,负责，o,负责配置来自/1,r2,资源池中的a, ,...，w,个资源实体执行该工作流活动，表示为(",巧),( "2),...,(~，^))。对任一资源池中的任--资源实体，仅能参与一个工作流活动的执行。这种规则的优点是考虑了工作流活动执行的事务性、原于性特点，不仅满 足了前面提到的工作流结构的逻辑正确性的问题，而且满足了时序正确性的问题，使得各个工 作流活动在结构正确性的前提下能正确运行不会产生行为上的错误。那么，若资源个体r的成本为G,则角色o,的整体成本为^c,A。如前所述，每个工作流活动需要对应的执行角色通过调配资源池中的资源个体并耗费一定 的时间完成。整个工作流的执行时间决定于一条顺序路径的执行时间，也就是关键路径的执行 时间。该路径是工作流活动中所有可行的执行路径中具有最长平均执行时间的路径。关键路径 上的工作流活动被定义为关键活动。关键活动的平均执行时间是角色的平均服务时间和活动等 待角色的平均等待时间之和。由于关键路径上关键活动的按时完成是整个工作流按时完成的前 提，因此必须尽量縮短关键路径上工作流活动的执行时间。假设工作流活动的到达速率是服从 Poisson分布的，角色的服务时间是服从指数分数的。在该假设下，Son等(Jin Hyun Son, Myoung Ho Kim. Improving the performance of time-constrained workflow processing. The Journal of Systems and Software, 2001,58( 1):211 -219)分析总结了工作流的四种基本结构(顺序，并行，选择和循环)，提出了寻找工作流关键路径的有效算法ICSF(Irmeraiost Control Structure First),利用该算法获得工作流的关键路径如图2中的粗线所示。将图2中的关键路径提取出来如图3所示。该工作流模型的关键路径由a,，A，...,A这n个工作流活动组成，图中的 义,、w,和z,分别表示活动",的到达速率，服务速率和最少角色数。为了使得该系统稳定，可得 z, = i o朋(iw/ (/1, /w,) ， 表示向上取整函数。目前的工作流系统缺乏对工作流资源的配置和调度工作，例如需要的人员不在岗位，需要 的仪器设备不够使用等，这就迫切需要对工作流系统中的资源进行合理的管理和配置。在工作 流系统运行前，为工作流系统配置一定数量一定类型的资源，并为各个工作流的活动指定参与 其执行的角色。在工作流系统运行期间，动态的购置和添加、维修保养资源等。另一方面的问 题是，在一定的工作流活动实例到达速率情况下，尽管为关键路径上的工作流活动多配置角色 的个数会减少工作流实例的等待时间，从而縮短工作流整体的执行时间，但是由于工作流所使 用的资源具有相关的成本，增加的角色个数要受到成本的限制。综合看來，资源的优化配置是 保证工作流顺畅运行的必要条件，也是提高资源利用率的前提。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种成本约束下的工作流资源数量优化 配置系统和方法，从而能够分析和确定成本约束下的最优工作流资源数量配置，能够使得工作 流关键路径的平均执行时间最短。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下-1、 成本约束下的工作流资源数量优化配置系统，参阅图4，该系统包括如下的主要构成部分工作流建模装置31:用于构建工作流活动，角色和资源的维度及映射关系； 实例和成本统计装置32:用于提取工作流实例在各个工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
成本约束下的工作流资源数量优化配置系统，其特征在于，包括如下构成部分：　　　　工作流建模装置（３１）：用于构建工作流活动，角色和资源的维度及映射关系；　　　　实例和成本统计装置（３２）：用于提取工作流实例在各个工作流活动的到达速率，单个工作流角色服务速率，资源成本信息以及总可用成本；　　　　智能配置装置（３３）：用于分析工作流活动，角色和资源维度之间的配置关系，并智能配置工作流活动的角色。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范玉顺，熊鹏程，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]