基于RGPS的计划拟制按需组织框架*

翟曙光 应励志 娄行威 戴兆乐

(中国电子科技集团第二十八研究所 南京 210007)



基于RGPS的计划拟制按需组织框架*

翟曙光 应励志 娄行威 戴兆乐

(中国电子科技集团第二十八研究所 南京 210007)

传统的计划拟制软件面向具体的业务过程进行构建,缺乏统一的流程化组织,软件功能复杂且难以维护。论文提出了基于RGPS的计划拟制框架,该框架采用基于Web的面向服务架构,能够提升功能模块的可复用性,提高软件功能的组织运用效率。通过封装计划拟制过程的单元服务,该框架以用户为中心关联聚合单元服务并生成计划拟制流程,依靠感知情境因素来向用户提供按需服务。论文从理论上分析内部服务组织算法的复杂度,与其他经典算法相比,该框架在服务数量不断增长的情况下,能够保持良好的算法稳定性,能够适应复杂服务集合的组织应用场景。

情境; RGPS; 元模型计划拟制流程; 面向服务架构

Class Number O141

1 引言

现代战争模式的不断演变,带来了角色类型、需求目标、业务过程、软件平台等因素的多样性和不确定性,也导致了计划拟制软件的复杂度急剧提升。传统模式面向特定需求定制开发软件,为了适应用户快速多变的需求,只能促使计划拟制软件更为复杂,软件开发成本不断提高。随着云计算技术的不断成熟,采用基于Web的面向服务架构,能够极大提升现有系统的跨业务、跨平台的集成以及分布式协同能力,在适应不同网络环境的同时,有效地支持软件灵活部署,指挥所快速开设等功能,是围绕未来网络中心战发展的必然趋势。

RGPS需求元模型框架包含四个要素:角色(R)、目标(G)、过程(P)和服务(S),该框架以面向服务架构为基础,通过框架的四要素以及要素之间的关联关系对特定领域内的服务进行组织和预处理[6～8]。基于RGPS框架面向计划拟制过程进行建模,对计划拟制过程中的关键步骤进行封装,并与四要素进行关联,形成一系列相对独立的面向计划拟制业务的单元服务。这些单元服务分散在网络中各个服务中心上,由各中心进行维护、组织和管理,并通过RGPS描述形成关联,能够根据用户的角色以及需求信息自动关联组织形成计划拟制工作流,辅助用户完成计划拟制作业。

在此基础上,考虑到情境在面向服务的软件工程中的重要作用,本文对现有的面向服务的计划拟制框架[4]进行扩充,参考用户驱动的服务聚合方法[5],进一步提出了情境感知与面向服务的RGPS元建模框架[1],重点关注情境对需求建模的影响与约束。

为了让计划拟制软件能够更好地复用自身的功能模块,并对用户的需求以及当前的使用情境进行分析,动态地组织和串联制定计划的过程,辅助用户更为合理、高效地制定最终计划[10],本文提出了一套基于RGPS的计划拟制按需组织框架

2 基于RGPS的计划拟制框架

RGPS需求元模型包括角色层(Role)、目标层(Goal)、过程层(Process)和服务层(Service)等四个层次,依靠这四个层次以及层次之间的关联关系,可以分析服务之间的交互与协作关系,对复杂系统及内部的服务集合进行抽象建模。本文的工作主要集中在计划拟制建模、按需聚类、流程化组织以及服务推荐等几个方面:

1) 计划拟制建模

作战计划拟制实际上是通过对军事资源进行分配以实现战略目标,在分配过程中需要对战场态势、行动方案以及预期效果进行分析,并对分配过程加以调整。通过军事领域专家根据领域内用户共性需求进行建模,得到RGPS框架内的角色模型、目标模型、流程模型和服务模型。文献[1,9]已经给出了RGPS的模型定义,在此不再赘述。用户可通过框架内的软件对模型内部以及模型之间的关系进行添加、删除、属性设置等操作,以适应更广泛的计划拟制需求。

2) 按需聚合

根据计划拟制建模的成果,当用户使用系统时,系统分析用户当前的角色、需求目标以及对相关的服务信息(描述、属性)进行关联匹配,根据情境(IP地址、时间、QoS等)自动聚合相关的计划拟制单元服务;同时,计划过程是分阶段的,通过过程层对计划各阶段的计划单元服务进行组织,能够提供以阶段为粒度的服务组织形式,提高服务的查询重组效率。

3) 流程化组织

图1是一个典型的计划拟制过程。该过程包含任务分析、行动规划等五个主要阶段,各阶段内部也包含一些子功能,例如,行动规划涉及资源分配、行动编排等步骤[3]。针对计划拟制这一流程化的功能过程,可以将这些相对独立的功能单元拆分成为具有顺序关系的一系列单元服务,通过RGPS四要素对这些服务进行描述并根据情境以及用户需求进行服务聚合。聚合后的单元服务需要根据拟制过程的时序关系进行编排,编排过程一方面依托计划拟制建模中服务的属性及相关设置,另一方面也可以向用户提供所见即所得的可视化编辑界面,让用户根据相应规则进行编排组合,最终形成完整的计划拟制过程。

图1 典型的计划拟制过程

4) 服务推荐

服务推荐包括三个方面:一是单元服务的推荐,在面向服务构建的系统中,允许存在功能相近并可互相替代的单元服务,系统根据服务的描述信息查找相关的单元服务,并根据用户使用频率以及相关评价反馈信息对服务进行推荐;二是计划拟制过程推荐,系统根据用户使用需求以及情境信息,自动关联推荐已创建的计划拟制流程;三是计划预案推荐,根据用户当前的角色、目标以及相关的设定,自动匹配预案,以达到快速响应的需求。

2.1 算法实现

本文首先给出计划拟制过程中单元服务的封装过程,如图2所示。

图2 流程单元的封装过程

系统构建人员需要对现有的计划拟制流程进行单元服务的封装,首先需要对现有的计划拟制过程进行共性分析,将拟制过程中可复用单元服务进行封装。

建立服务资源库后,基于RGPS对服务进行管理和组织,对于有时序关系的单元服务,依靠BPMN标准定义服务之间的调用顺序。

传统的服务组合算法分为两大类:

1) 精确寻优算法,采用描述服务的时间、花费、信誉等QoS参数对服务进行量化,依靠动态规划等算法进行求解;

2) 启发式方法。采用遗传算法解决服务组合问题。

1) 系统计算各服务与当前用户之间的QoS值;

3) 结合QoS值和语义相关性,获得排序后的服务集合,通过人工编排得到最终的计划拟制流程。

传统的服务组合算法分析服务的静态属性信息,计算服务的QoS值,按质量优先原则组织服务;后续也出现了根据服务的语义描述信息组织服务的算法,在保证服务质量的同时,极大地提升了服务的语义相关程度,但由于语义空间存在一定复杂性,服务的查准率和查全率受到了相应的限制。RGPS框架通过角色、过程和目标对服务S集合进行重新的映射拆分,达到对服务精确描述的效果,如图3所示。

图3 基于RGPS的计划拟制单元服务组织结构

RGPS将用户的需求直接同服务进行关联,计划拟制过程是相对规范化的过程,通过角色、目标以及过程能够精准的描述计划拟制过程的组成以及预期目标,用户不必通过语义查找或者手动定制,仅需要依靠预先设定的服务RGPS信息并根据当前用户的角色以及目标,就能够快速地关联匹配形成计划拟制流程,向用户提供流程化的服务。本文中针对计划拟制过程,各层次的具体描述如下:

1) 角色层。该层定义的是用户的行为以及责任,角色类似于软件平台中的席位,通过角色信息能够表达用户的使用需求,并同用户进行潜在的关联。

2) 目标层。该层表达了用户的需求意图以及从意图中透露的情境信息,一方面,角色信息包含了一些相对稳定的目标需求,例如制定作战计划、主战武器分配;另一方面,单个用户所处情境不同,存在一些个性化的需求,例如突发事件的临机处置等。通过详细的定义目标层,能够依赖相对稳定的目标需求集合将变化的、难以描述的角色与服务进行关联,减少维护开销。

3) 过程层。该层约束了服务集合之间的前置条件、后置条件、输入输出等信息,同时定义了一些情境条件,以及在各条件下的QoS值等信息,辅助在复杂决策问题中,生成优选的计划拟制过程。

4) 服务层。该层是对服务的注册、管理和维护,定义了各个服务的QoS信息、描述信息、前置后置、输入输出以及替代关系等信息,是构建RGPS计划拟制框架的基础。

2.2 框架构建

本文将最终的计划拟制框架分解为平台层、业务层以及应用层三个层次,如图4所示。

图4 基于RGPS的计划拟制框架

1) 服务层,基于RGPS框架对计划拟制过程的单元服务进行维护和管理,保存军事领域专家面向不同情境对计划拟制过程抽象建模的数据,将功能软件拆分细化成为服务[3],实现框架中的服务(S)要素,便于开发者迅速的对计划拟制过程进行组织定制,同时提供根据情境需要自动按需组织的功能。

2) 业务层,主要包含具体业务的实现及后台的功能模块之间的互操作。如图4所示,在流程维护之上,主要维护用户、业务(具体计划拟制过程)。首先,需要构建用户的角色、权限维护管理模块以及用户同业务之间交互模式,实现RGPS框架中角色(R)的功能;其次,依托流程引擎对按需聚合的计划拟制单元服务进行流程化组织编排,实现对计划拟制的过程监控(P)。

3) 应用层,生成系统界面,负责用户与系统后台的交互。框架根据当前用户的操作意图(G),业务层生成计划拟制流程并驱动应用层生成展现界面,展现计划拟制流程,辅助用户根据拟制步骤快速精准的编排计划。应用层是感知当前情境的入口,接收用户角色、登陆IP地址、请求时间以及待处理事件的紧急程度等相关信息,并提供给业务层和平台层,由底层对情境条件进行分析,并根据用户以往的操作行为生成相应的流程处置界面。

3 理论分析

本文对基于RGPS的计划拟制按需组织框架中的单元服务查询及组织算法进行了理论分析,并与传统的基于QoS以及基于语义的服务查询组织方法在查询以及组织效率方面进行了比较。

本文以算法复杂度来描述服务的查询及组织效率。假定当前有N个计划拟制的服务构成集合S,其中当前需要调用的服务集合为Su⊆S,满足|Su|=M,M∈[0,N],分析过程忽略查询算法查准率、查全率带来的影响。

本文所提出的RGPS服务组织框架,通过定义单元服务的角色、目的以及过程,对服务集合进行索引,通过用户的角色、目标能够直接给出计划拟制的各个阶段,然后根据阶段关联的服务获取所需的服务集合,所以系统的查询复杂度为O(3),计划各阶段以及单元服务之间的关系由各服务独立维护,如果遍历服务集合进行获取,算法复杂度为O(M),算法整体复杂度为O(M)。

图5 算法复杂度对比

如图5所示,上述三种算法中,基于RGPS框架的计划拟制组织框架算法在服务查找组织上复杂度相对较为稳定且较小。

4 结语

在多变的战场环境中,计划拟制是一个复杂的业务过程;同时,某些特定的应用情境下,存在一定的共性模式。如果能够将这些共性业务过程抽象为流程,同时封装功能单元,必定能够辅助用户快速、高效以及合理地形成最终的计划。本文所涉及的框架及方法为计划拟制流程化提供了思路及可行的方案,但是,如果要在实现流程的自由动态组合的同时,始终保持生成流程的合理性和正确性,还需要进行深入的探索和更为细致的实践。

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An On-demand Organization Planning Framework Based on RGPS

ZHAI Shuguang YING Lizhi LOU Xingwei DAI Zhaole

(The 28thResearch Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing 210007)

Traditional planning software is constructed oriented to specific operation procedures, lacking unified workflow organization with complicated and hard-maintained functions. A planning framework based on RGPS is proposed in this paper which adopts service-oriented architecture(SOA). It can significantly promote the function module reusability as well as reduce maintenance overhead. Through packaging unit services in the planning process, the framework associates unit services to generate planning workflow by using a user-centered method, and provides on-demand services to users by analyzing context factors. The paper theoretically analyses the complexity of the organization algorithm, and proves the effectiveness of the proposed framework.

context, RGPS, planning process, service-oriented architecture

2015年2月3日,

2015年3月29日

翟曙光,男,研究方向:基于Web的服务化信息系统架构。应励志,男,助理工程师,研究方向:基于Web的服务化信息系统架构。娄行威,男,助理工程师,研究方向:业务软件集成技术。戴兆乐,男,助理工程师,研究方向:业务软件集成技术。

O141

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.028