专用通信装备配发过程的WF-nets模型

杨　芳，时和平，周　磊

(1.西安通信学院, 西安　710106； 2.济南军区72556部队,济南　250001)

专用通信装备配发过程的WF-nets模型

杨芳1，时和平1，周磊2

(1.西安通信学院, 西安710106； 2.济南军区72556部队,济南250001)

摘要：将工作流网(WF-nets)的基本理论应用于专用通信装备配发过程建模，利用CPN Tools对模型进行仿真分析，验证模型的正确性及合理性；仿真结果表明专用通信装备管理不适合采用集中统管方式；在此为专用通信装备配发流程改进提供了理论依据，也为专用通信装备管理系统的设计提供了模型基础。

关键词：专用通信装备；配发流程； 工作流网；集中统管

近年来，为提高部队遂行作战行动、反恐维稳、抢险救灾等多样化军事任务通信保障能力，满足部队执行军事任务和军警民联合行动的保障需求，建设了专用通信网络，并将专用通信装备配发相关单位。管理主要采用集中统管模式，相关管理工作繁琐复杂，配发过程尤为突出，需要不同领域各个层次多个部门的协同工作。为此本文分析整理该专用通信装备的配发过程，构建相应的工作流网(WF-nets:Work Flow Nets)模型，为实现审批、开通、归档等功能的自动化处理提供模型基础，对规范配发业务流程提供理论依据。

工作流技术是实现工作流程计算机自动化处理的基本技术。工作流建模方法多种多样，基于有向图的建模方法、基于IDEF系列建模方法、基于语言行为的建模方法等[1]。这些方法从用户层面出发，采用图形语言或文本语言定义工作流过程，不利于系统实现且不能对工作流的本质特征进行描述。Petri网建模方法既具有图形化的表示方法，又具有强大的形式化描述能力，被广泛的应用于工作流建模。文献[2-4]中将不同的Petri网模型用于工作流建模实现了针对工作流逻辑、时间、性能等不同纬度的分析。WF-nets是荷兰学者Aalst提出的一种专门针对工作流控制流维度进行建模的Petri nets。本文利用WF-nets对专用通信装备配发流程进行建模，并在此基础上对其进行时间扩展分析了配发流程的时间性能。

1工作流网

WF-nets(t)以Petri net为基础，具有标准的数学定义，以及一系列的形式化分析方法。

1.1　工作流网定义

WF-nets(t)的定义如下：

定义1[5]：Petri网PN=(P,T,F)是WF-nets(t)，当且仅当：

(1)存在一个源库所i∈P，使得·i= ∅；

(2)存在一个汇结库所o∈P,使得O·=∅；

(3)每个节点x∈P∪T都位于从i到o的路径上。

约束条件(1)、(2)规定了WF-nets(t)必须具有一个源库所和一个漏库所，分别代表过程实例的开始和结束。约束条件(3)规定了过程实例中的活动和条件必须位于源库所到漏库所的有向弧上。由上述定义可以看出工作流网很好的描述了案例的生命周期。

1.2　工作流网分析方法

业务过程设计必须保证逻辑上的正确性，不能存在异常结构，比如“死锁”，“死循环”等。基于WF-nets(t)的分析可以判定过程设计的正确性。

Aalst将Petri nets结构特性与动态行为相结合提出了WF-nets(t)合理性分析。

定义2[6]：由一个WF-nets(t)建模的过程是合理的，当且仅当：

定义中的i，o分别表示源库所i与漏库所o中存在一个托肯的初始状态和最终状态。条件(1)说明了从初始状态i总能到达最终状态o。条件(2)说明当到达最终状态o时，WF-nets(t)中其余库所中均没有托肯存在。条件(3)则说明了WF-nets(t)中不能存在死变迁，即死任务。文献[6]给出了WF-nets(t)合理性的分析方法。

活性及有界性的判断可以利用Petri net提供的形式化分析方法，此处不再赘述参见文献[7]。文献[7]提供的各种分析方法都是以人工分析为基础的，不利于复杂系统的分析验证。因此本文利用目前最成熟的Petri网建模分析工具CPN Tools[8]对模型进行分析验证。

2专用通信装备配发过程建模

2.1　配发流程描述

专用装备配发流程如图1所示。

图1 配发流程

(1)以专用通信网络服务范围划定管理区域。辖区内各单位相关部门组织本系统用户填报专用通信装备使用申请，或按任务需求填报任务机使用申请。

(2)区域业务主管部门审核临时任务或用户资料。

(3)区域保密部门保密审核。

(4)审核通过并上报大区。

(5)大区业务主管部门审核临时任务或用户资料。

(6)大区保密部门保密审核。

(7)审核通过后大区业务主管部门向受理中心下发开通通知，并通知区域业务主管部门进行装备配发。

(8)区域业务主管部门通知本级库房进行装备配发。

(9)区域保密部门组织保密模块配发。

(10)受理中心开通装备。

(11)各单位整理资料备案并上报大区业务主管部门。

(12)大区业务主管部门资料备案。

其中受理中心负责所有专用通信装备开通及用户资料的管理。开通操作可分解为开通子流程，构建开通子网。受理中心收到上级通知后，做好相关登记，开通授权业务。

各单位库房负责本单位专用通信装备的出入库管理。出库操作也可分解为出库子流程，构建出库子网。库房接到上级通知后，按要求取货，与用户共同测试装备，确认无误后，做出库登记，交付用户，资料备案。

分析上述流程可知参与专用通信装备配发的组织机构主要有大区、区域业务主管部门、保密部门、受理中心、库房。各级机构完成主要工作如表1所示。

表1　组织机构工作流程表

2.2　配发WF-nets(t)模型

采用自顶向下的方法分层建模，主流程的WF-nets(t)如图2所示：其中变迁tv、ta、td是替代变迁分别对应审批子网(图3)、开通子网(图4)、出库子网(图5)。

图2　主流程模型

图3　审批子网

图4　开通子网

审批子网图3、出库子网图5中库所SP、SA、SD为控制库所，SA、SP用以控制审批通过率，SD用以控制故障机出库比例。初始标识设为常量k，设置随机数r，比较随机数r与k的取值，控制输出。根据实际情况修改k值，以获得不同的比率。

模型中相关变量及函数声明如下：

colset I=int;

colset Tt=with voice|data;

colset T=product Tt*I timed;

colset BO = bool with (no,yes);

colset RESULT=with

accept|reject|accept1|pending;

colset ST=with s ;

colset S=product ST*I timed;

colset S_VERTIFY=product ST*BO*I timed;

colset S_RESULT=product

ST*RESULT*I timed;

colset SE=with m;

colset SEC=product SE*I timed;

colset PHP=with nomal|failure ;

colset PH=product PHP*I timed;

colset PH_TEST=product

PHP*BO*I timed;

colset TEN1=int with 0..9;

colset TEN2=int with 1..10;

var r1,r2:BO;

var i:I;

var t:Tt;

var r:TEN1;

var k:TEN2;

var p:PHP;

fun R(r1,r2)=(r1 andalso r2);

fun OK(r:TEN1,k:TEN2)=(r<=k);

其中整数集TEN1、TEN2，变量r、k，函数OK是与控制库所SA、SP、SD相关的函数及函数声明。其余声明用以区分案例在流转过程中的不同状态。模型中标识含义如表2。

表2　标识含义

续表

标识意义标识意义t8接收出库通知p11出库通知接收完毕t9出库资料上报p12出库完毕t10配发资料归档p13出库资料上报完毕tv1用户提交申请p14配发资料归档完毕tv2区域业务主管部门申请信息汇总end结束tv3区域业务主管部门用户资料审核pv1用户提交申请完毕tv4区域业务主管部门审核结果汇总pv2区域业务主管部门用户资料审核准备就绪tv5区域保密部门保密审核pv3区域业务主管部门用户资料审核完毕tv6区域保密部门审核结果上报pv4区域保密部门保密审核准备就绪tv7大区保密审核pv5区域保密部门保密审核完毕tv8大区用户资料审核pv6区域审核通过tv9大区审核结果汇总pv7大区保密审核准备就绪ta1筛选号码pv8大区保密审核完毕ta2用户号码绑定pv9大区用户资料审核准备就绪ta3受理系统开通pv10大区用户资料审核完毕ta4数据业务一级开通pa1号码筛选完毕ta5数据业务二级开通pa2用户号码绑定完毕ta6开通资料受理中心备案pa3数据业务受理中心开通完毕td1货架取机pa4数据业务开通完毕td2开机测试pa5开通成功td3故障机标记入库pd1取机完毕td4登记用户资料pd2装备通过测试td5用户确认pd3装备未通过测试td6交付用户pd4用户资料登记完毕td7出库资料备案pd5用户确认完毕start开始pd6交付用户完毕

3模型验证分析

3.1　模型正确性验证

模型存在源库所start、漏库所end使得·start=∅∧end·=∅。且每个节点都在从start到end的路径上，符合定义1，因此该模型是WF-nets(t)，结构正确。

构建主流程模型的短路网，在库所start与end之间添加变迁t*，利用CPN Tools计算该短路网状态空间，生成部分状态报告如表3所示。

表3　部分状态报告

续表

ta'pa1-ta'pa51UpperLowertd'pa1-ta'pd6110top'start110top'end110top'p11-top'p14110tv'pv11-tv'pv10110LivenessPropertiesDeadMarkings:NoneDeadTransitionInstances:NoneLiveTransitionInstances:All

由报告可以看出模型的短路网具有很好的活性并且是有界的。由定理1可知该WF-nets(t)是合理的。

3.2　模型时间性能分析

根据近年专用通信装备配发相关数据，为模型中变迁赋予时间值。利用CPN Tools进行仿真，计算完成任务平均时长、流程主要环节驻留时间。主要活动赋时见表4。

表4　配发过程主要活动用时

仿真运行50次求平均值。求得任务平均完成时间为22.6 h，约为3个工作日。审批环节平均驻留时间为12.2 h，大约需要1.5个工作日，约占任务完成时间的54%。

出库、开通、保密模块配发并行执行，其中出库环节平均驻留时间为5.5 h；开通环节平均驻留时间为7.9 h；保密模块配发环节平均驻留时间为6.3 h，所需时间均不超过1个工作日。

4结束语

分析上述数据可知在专用通信装备配发过程中审批环节繁复，用时较长，可作适当改进。专用通信装备配发数量有限，但涉及面较广，用户分散不利于集中统管。可考虑将部分审批权限下放，各区域业务主管负责审批部门负责本级用户配发资格，并将配发资料上报大区备案。大区只负责本级直属用户配发资格审批，减少审批手续提高配发效率。

本文分析了专用通信装备配发过程，并利用WF-nets(t)对配发过程进行建模，经过模型分析证明该模型正确可靠。该模型可作为专用通信装备管理系统开发的模型基础。此外，本文在此模型的基础上针对专用通信装备配发的时间特性进行了仿真分析，并根据仿真结果提出了专用通信装备配发改进意见。但本文没有进行资源利用率分析。这是下一步工作重点。

参考文献：

[1]黄瑜岳,李克清.基于Petri 网的工作流合法性验证综述[J].计算机应用研究,2013,30(1):26-29.

[2]邓建，陈智，曾家智.业务过程模型的Petri网形式化检查方法[J].计算机集成制造系统,2011,17(5):66-70.

[3]Yan Pan,Yong Tang.A workflow model based on fuzzy-timing Petri nets.In:Proceedings of the Ninth International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design,Coventry,UK,2005,541-546.

[4]曾炜,阎保平.工作流模型研究综述[J].计算机应用研究,2005(5):11-13.

[5]W M P Van der Aalst,Kees Van Hee.Workflow Management Models,methods and system[M].MIT Press,2002:209-211.

[6]W M P Van der Aalst.Verification of Workflow Nets[J].In Application and Theory of Petri Nets,VOL 1248 of Lecture Notes in Computer Science:Springer-Verlag,1997:407-428.

[7]Murata T.Petri nets:Properties,Analysis and Applications[J].Proceeding of the IEEE,1989,77(4):541-580.

[8]Jensen K.Colored Petri Nets.Basic Concepts,Analysis Methods and Practical Use[M] Basic Concepts.Monographs in Theoretical Computer Science,2nd corrected printing (ISBN3-540-60943-1).Berlin,Heidelberg,New York:Springer-Verlag,1997.

(责任编辑杨继森)

收稿日期：2015-02-10

作者简介：杨芳(1978—)，女，硕士研究生，讲师，主要从事军事装备保障研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.019

中图分类号：TP302.7

文献标识码：A

文章编号：1006-0707(2015)07-0073-06

本文引用格式：杨芳，时和平，周磊.专用通信装备配发过程的WF-nets模型[J].四川兵工学报，2015(7):73-78.

Citation format:YANG Fang, SHI He-ping, ZHOU Lei.Dedicated Communications Equipment Allotment Process WF-Nets Model[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(7):73-78.

Dedicated Communications Equipment Allotment Process WF-Nets Model

YANG Fang1, SHI He-ping1, ZHOU Lei2

(1.Xi’an Communications Institute, Xi’an 710106, China;

2.Ji’nan Military Region, the No. 72556thTroops of PLA, Jinan 250001, China)

Abstract:The theory of WF-nets was applied to dedicate communication equipment allotment process modeling. CPN Tools was used to analyze and verify the correctness and rationality of the model. Simulation results shows that dedicated communication equipment management is not suitable for centralized management. This article provides the theory basis for the work of allotment and provides the model for the design of the dedicated communication equipment management system.

Key words:dedicated communication equipment; allotment process; WF-nets; centralized management

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【后勤保障与装备管理】