基于RGPS的計劃擬制按需組織框架*

翟曙光 應勵志 婁行威 戴兆樂

(中國電子科技集團第二十八研究所 南京 210007)

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基于RGPS的計劃擬制按需組織框架*

翟曙光 應勵志 婁行威 戴兆樂

(中國電子科技集團第二十八研究所 南京 210007)

傳統的計劃擬制軟件面向具體的業務過程進行構建,缺乏統一的流程化組織,軟件功能復雜且難以維護。論文提出了基于RGPS的計劃擬制框架,該框架采用基于Web的面向服務架構,能夠提升功能模塊的可復用性,提高軟件功能的組織運用效率。通過封裝計劃擬制過程的單元服務,該框架以用戶為中心關聯聚合單元服務并生成計劃擬制流程,依靠感知情境因素來向用戶提供按需服務。論文從理論上分析內部服務組織算法的復雜度,與其他經典算法相比,該框架在服務數量不斷增長的情況下,能夠保持良好的算法穩定性,能夠適應復雜服務集合的組織應用場景。

情境; RGPS; 元模型計劃擬制流程; 面向服務架構

Class Number O141

1 引言

現代戰爭模式的不斷演變,帶來了角色類型、需求目標、業務過程、軟件平臺等因素的多樣性和不確定性,也導致了計劃擬制軟件的復雜度急劇提升。傳統模式面向特定需求定制開發軟件,為了適應用戶快速多變的需求,只能促使計劃擬制軟件更為復雜,軟件開發成本不斷提高。隨著云計算技術的不斷成熟,采用基于Web的面向服務架構,能夠極大提升現有系統的跨業務、跨平臺的集成以及分布式協同能力,在適應不同網絡環境的同時,有效地支持軟件靈活部署,指揮所快速開設等功能,是圍繞未來網絡中心戰發展的必然趨勢。

RGPS需求元模型框架包含四個要素:角色(R)、目標(G)、過程(P)和服務(S),該框架以面向服務架構為基礎,通過框架的四要素以及要素之間的關聯關系對特定領域內的服務進行組織和預處理[6～8]。基于RGPS框架面向計劃擬制過程進行建模,對計劃擬制過程中的關鍵步驟進行封裝,并與四要素進行關聯,形成一系列相對獨立的面向計劃擬制業務的單元服務。這些單元服務分散在網絡中各個服務中心上,由各中心進行維護、組織和管理,并通過RGPS描述形成關聯,能夠根據用戶的角色以及需求信息自動關聯組織形成計劃擬制工作流,輔助用戶完成計劃擬制作業。

在此基礎上,考慮到情境在面向服務的軟件工程中的重要作用,本文對現有的面向服務的計劃擬制框架[4]進行擴充,參考用戶驅動的服務聚合方法[5],進一步提出了情境感知與面向服務的RGPS元建模框架[1],重點關注情境對需求建模的影響與約束。

為了讓計劃擬制軟件能夠更好地復用自身的功能模塊,并對用戶的需求以及當前的使用情境進行分析,動態地組織和串聯制定計劃的過程,輔助用戶更為合理、高效地制定最終計劃[10],本文提出了一套基于RGPS的計劃擬制按需組織框架

2 基于RGPS的計劃擬制框架

RGPS需求元模型包括角色層(Role)、目標層(Goal)、過程層(Process)和服務層(Service)等四個層次,依靠這四個層次以及層次之間的關聯關系,可以分析服務之間的交互與協作關系,對復雜系統及內部的服務集合進行抽象建模。本文的工作主要集中在計劃擬制建模、按需聚類、流程化組織以及服務推薦等幾個方面:

1) 計劃擬制建模

作戰計劃擬制實際上是通過對軍事資源進行分配以實現戰略目標,在分配過程中需要對戰場態勢、行動方案以及預期效果進行分析,并對分配過程加以調整。通過軍事領域專家根據領域內用戶共性需求進行建模,得到RGPS框架內的角色模型、目標模型、流程模型和服務模型。文獻[1,9]已經給出了RGPS的模型定義,在此不再贅述。用戶可通過框架內的軟件對模型內部以及模型之間的關系進行添加、刪除、屬性設置等操作,以適應更廣泛的計劃擬制需求。

2) 按需聚合

根據計劃擬制建模的成果,當用戶使用系統時,系統分析用戶當前的角色、需求目標以及對相關的服務信息(描述、屬性)進行關聯匹配,根據情境(IP地址、時間、QoS等)自動聚合相關的計劃擬制單元服務;同時,計劃過程是分階段的,通過過程層對計劃各階段的計劃單元服務進行組織,能夠提供以階段為粒度的服務組織形式,提高服務的查詢重組效率。

3) 流程化組織

圖1是一個典型的計劃擬制過程。該過程包含任務分析、行動規劃等五個主要階段,各階段內部也包含一些子功能,例如,行動規劃涉及資源分配、行動編排等步驟[3]。針對計劃擬制這一流程化的功能過程,可以將這些相對獨立的功能單元拆分成為具有順序關系的一系列單元服務,通過RGPS四要素對這些服務進行描述并根據情境以及用戶需求進行服務聚合。聚合后的單元服務需要根據擬制過程的時序關系進行編排,編排過程一方面依托計劃擬制建模中服務的屬性及相關設置,另一方面也可以向用戶提供所見即所得的可視化編輯界面,讓用戶根據相應規則進行編排組合,最終形成完整的計劃擬制過程。

圖1 典型的計劃擬制過程

4) 服務推薦

服務推薦包括三個方面:一是單元服務的推薦,在面向服務構建的系統中,允許存在功能相近并可互相替代的單元服務,系統根據服務的描述信息查找相關的單元服務,并根據用戶使用頻率以及相關評價反饋信息對服務進行推薦;二是計劃擬制過程推薦,系統根據用戶使用需求以及情境信息,自動關聯推薦已創建的計劃擬制流程;三是計劃預案推薦,根據用戶當前的角色、目標以及相關的設定,自動匹配預案,以達到快速響應的需求。

2.1 算法實現

本文首先給出計劃擬制過程中單元服務的封裝過程,如圖2所示。

圖2 流程單元的封裝過程

系統構建人員需要對現有的計劃擬制流程進行單元服務的封裝,首先需要對現有的計劃擬制過程進行共性分析,將擬制過程中可復用單元服務進行封裝。

建立服務資源庫后,基于RGPS對服務進行管理和組織,對于有時序關系的單元服務,依靠BPMN標準定義服務之間的調用順序。

傳統的服務組合算法分為兩大類:

1) 精確尋優算法,采用描述服務的時間、花費、信譽等QoS參數對服務進行量化,依靠動態規劃等算法進行求解;

2) 啟發式方法。采用遺傳算法解決服務組合問題。

1) 系統計算各服務與當前用戶之間的QoS值;

3) 結合QoS值和語義相關性,獲得排序后的服務集合,通過人工編排得到最終的計劃擬制流程。

傳統的服務組合算法分析服務的靜態屬性信息,計算服務的QoS值,按質量優先原則組織服務;后續也出現了根據服務的語義描述信息組織服務的算法,在保證服務質量的同時,極大地提升了服務的語義相關程度,但由于語義空間存在一定復雜性,服務的查準率和查全率受到了相應的限制。RGPS框架通過角色、過程和目標對服務S集合進行重新的映射拆分,達到對服務精確描述的效果,如圖3所示。

圖3 基于RGPS的計劃擬制單元服務組織結構

RGPS將用戶的需求直接同服務進行關聯,計劃擬制過程是相對規范化的過程,通過角色、目標以及過程能夠精準的描述計劃擬制過程的組成以及預期目標,用戶不必通過語義查找或者手動定制,僅需要依靠預先設定的服務RGPS信息并根據當前用戶的角色以及目標,就能夠快速地關聯匹配形成計劃擬制流程,向用戶提供流程化的服務。本文中針對計劃擬制過程,各層次的具體描述如下:

1) 角色層。該層定義的是用戶的行為以及責任,角色類似于軟件平臺中的席位,通過角色信息能夠表達用戶的使用需求,并同用戶進行潛在的關聯。

2) 目標層。該層表達了用戶的需求意圖以及從意圖中透露的情境信息,一方面,角色信息包含了一些相對穩定的目標需求,例如制定作戰計劃、主戰武器分配;另一方面,單個用戶所處情境不同,存在一些個性化的需求,例如突發事件的臨機處置等。通過詳細的定義目標層,能夠依賴相對穩定的目標需求集合將變化的、難以描述的角色與服務進行關聯,減少維護開銷。

3) 過程層。該層約束了服務集合之間的前置條件、后置條件、輸入輸出等信息,同時定義了一些情境條件,以及在各條件下的QoS值等信息,輔助在復雜決策問題中,生成優選的計劃擬制過程。

4) 服務層。該層是對服務的注冊、管理和維護,定義了各個服務的QoS信息、描述信息、前置后置、輸入輸出以及替代關系等信息,是構建RGPS計劃擬制框架的基礎。

2.2 框架構建

本文將最終的計劃擬制框架分解為平臺層、業務層以及應用層三個層次,如圖4所示。

圖4 基于RGPS的計劃擬制框架

1) 服務層,基于RGPS框架對計劃擬制過程的單元服務進行維護和管理,保存軍事領域專家面向不同情境對計劃擬制過程抽象建模的數據,將功能軟件拆分細化成為服務[3],實現框架中的服務(S)要素,便于開發者迅速的對計劃擬制過程進行組織定制,同時提供根據情境需要自動按需組織的功能。

2) 業務層,主要包含具體業務的實現及后臺的功能模塊之間的互操作。如圖4所示,在流程維護之上,主要維護用戶、業務(具體計劃擬制過程)。首先,需要構建用戶的角色、權限維護管理模塊以及用戶同業務之間交互模式,實現RGPS框架中角色(R)的功能;其次,依托流程引擎對按需聚合的計劃擬制單元服務進行流程化組織編排,實現對計劃擬制的過程監控(P)。

3) 應用層,生成系統界面,負責用戶與系統后臺的交互。框架根據當前用戶的操作意圖(G),業務層生成計劃擬制流程并驅動應用層生成展現界面,展現計劃擬制流程,輔助用戶根據擬制步驟快速精準的編排計劃。應用層是感知當前情境的入口,接收用戶角色、登陸IP地址、請求時間以及待處理事件的緊急程度等相關信息,并提供給業務層和平臺層,由底層對情境條件進行分析,并根據用戶以往的操作行為生成相應的流程處置界面。

3 理論分析

本文對基于RGPS的計劃擬制按需組織框架中的單元服務查詢及組織算法進行了理論分析,并與傳統的基于QoS以及基于語義的服務查詢組織方法在查詢以及組織效率方面進行了比較。

本文以算法復雜度來描述服務的查詢及組織效率。假定當前有N個計劃擬制的服務構成集合S,其中當前需要調用的服務集合為Su?S,滿足|Su|=M,M∈[0,N],分析過程忽略查詢算法查準率、查全率帶來的影響。

本文所提出的RGPS服務組織框架,通過定義單元服務的角色、目的以及過程,對服務集合進行索引,通過用戶的角色、目標能夠直接給出計劃擬制的各個階段,然后根據階段關聯的服務獲取所需的服務集合,所以系統的查詢復雜度為O(3),計劃各階段以及單元服務之間的關系由各服務獨立維護,如果遍歷服務集合進行獲取,算法復雜度為O(M),算法整體復雜度為O(M)。

圖5 算法復雜度對比

如圖5所示,上述三種算法中,基于RGPS框架的計劃擬制組織框架算法在服務查找組織上復雜度相對較為穩定且較小。

4 結語

在多變的戰場環境中,計劃擬制是一個復雜的業務過程;同時,某些特定的應用情境下,存在一定的共性模式。如果能夠將這些共性業務過程抽象為流程,同時封裝功能單元,必定能夠輔助用戶快速、高效以及合理地形成最終的計劃。本文所涉及的框架及方法為計劃擬制流程化提供了思路及可行的方案,但是,如果要在實現流程的自由動態組合的同時,始終保持生成流程的合理性和正確性,還需要進行深入的探索和更為細致的實踐。

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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的服務化信息系統架構。應勵志,男,助理工程師,研究方向:基于Web的服務化信息系統架構。婁行威,男,助理工程師,研究方向:業務軟件集成技術。戴兆樂,男,助理工程師,研究方向:業務軟件集成技術。

O141

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.028