基于jBPM的教务管理系统自配置的研究

刘佳

摘要：随着我国高等教育事业的蓬勃发展，高校规模的不断扩大，招生人数的日益剧增，教务管理工作不仅成为高校管理中的关键环节，也成为整个学校管理的核心和基础，科学化、规范化的管理已成为高等教育中的重中之重。文章基于以上目的，研究了jBPM相关知识和自治计算策略；提出一种面向服务的自治计算自配置方法以及自治环境下的自配置中服务匹配算法；并且引入Agent技术，实现多Agent教务管理系统。基于jBPM的教务管理系统自配置的研究可使系统自动适应动态变化的环境，在系统运行过程中能够根据管理者提供的策略作出决策，并在人工干预最小的情况下调整系统，保证系统正确、有效地运行。教务管理中最主要用到的智能选课、智能排课、智能排考三大子系统的自配置功能可参考此文中的方法来实现，使其更智能化。

关键词：jBPM；策略；自配置；服务匹配；教务管理系统

1 内容背景

教务管理系统的好坏直接决定了高校培养高层次人才的质量及高校教学资源的利用率，高水平的教务管理不仅能够保证高校教学活动的正常运转和高水平的教学质量，为学生综合发展甚至全面发展提供有效的监控和指引，还能帮助洞察学科的发展形势和市场需求的状况，从而使制订的各层次和各专业人才的培养目标更加灵活化、合理化、规范化。其中，分层教学己成为某些个别高校教务管理系统中的一种教学模式，也将成为未来高校教学模式的一种发展趋势。

2 基于jBPM的教务管理系统

高校教务管理系统利用工作流管理技术来处理学校及师生的大量日常事务性工作，能够在很大程度上提高教学管理的水平和教学工作的效率，将工作流技术引进教务管理系统不仅是技术上的一种发展趋势，同时也是业务流程自动处理的需要。工作流管理系统的核心工作流引擎的好坏直接决定整个流程系统的质量，在众多的开源工作流引擎中，JBoss下的jBPM是纯Java实现的，并且公开源代码，遵循ApacheLicense，其作为一种轻量级的、开源的、基于J2EE的工作流引擎，在技术的成熟度和功能上都是最杰出的，需要根据流程定义进行业务流程的流转，jBPM提出了自己的流程定义语言JPDL，这种语言简单易懂，易于学习，为用户提供一种简单而直观的、易于使用和扩展的过程定义方式，JPDL详细定义了开始、停止状态和各个状态之间的切换等业务流程的每个环节。本文教务管理系统主要对面向分层教学的教务管理智能排课子系统、基于模拟退火算法的教务管理学生选课子系统、基于贪心算法的教务管理智能排考子系统分别进行自配置，最终若把这3个子系统整合在一起，则可以完成整个教务管理系统的自配置，基于jBPM的教务管理自配置子系统的核心功能主要包括学生管理、教师管理、班级管理、教学计划管理、智能选课、智能排课、智能排考7个方面，各个流程所用的数据源都为同一个数据源，数据实时同步，根据自配置流程中的逻辑来实现智能调整。系统的功能设计目标：分别对选课、排课、排考子系统提取参数，对参数进行关联性分析，并且对参数进行分类和预处理；系统对相关数据进行预处理，系统对在选课、排课、排考过程中涉及的一些初始数据，对其进行初始化、预处理；系统可以完成教务管理系统三大自配置功能，即选课自配置功能、排课自配置功能、排考自配置功能。总体功能结构如图1所示。

3 策略及策略的冲突消除

自治计算技术旨在隐藏系统管理复杂性，IT系统拥有自我调节能力而无需人为的过多干预是自治计算其中的一个思想，其手段是“技术管理技术”，从而建立起用户可以指导、状态可以觉察、自适应的计算机系统。自治计算系统应至少具有自配置、自优化、自修复和自保护这4个主要特性。自治计算中，策略是系统管理及人机交互的主要手段，自治计算系统根据用户所定的策略即命令来管理自身的行为，自治运行。但当多个策略同时作用于一个实体时，则有可能导致策略冲突，对于策略冲突问题，本文的解决办法是使用元策略，所谓元策略简单而言则是关于策略的策略，它规定了各种策略之间的关系，并且对各种策略进行了限制，可以消除冲突。例如，当多个策略是关于相同的动作和相同的目标对象，但语义相反时，就会导致冲突的出现，解决此问题的办法是利用元策略规定优先级大小，当策略发生冲突时，优先级大的策略可以优先得到执行，然后再执行优先级小的策略。

4 自配置方法研究

本文利用基于jBPM与Agent的软件开发方法和系统理论，采用结构自配置和接口自配置完成系统的开发工作，本文中的结构自配置主要用来确定自治单元的配置对象，接口自配置则主要用来配置具体参数。

本文自配置采用服务匹配算法来实现，服务匹配算法步骤如下：

（1）输入输出服务匹配类型。（2）判读所输入输出匹配类型是否匹配；若匹配goto （3）；若不匹配，goto （4）。（3）判断各参数是否匹配，若匹配，由TS，PS计算S，goto （6）；若不匹配，goto （5）。（4）由TS计算S，goto （6）。（5）由TS，PS计算S，goto （6）。（6）按S值排序输出。

为达到普适计算环境的要求，本文采用普适计算环境下基于语义的两层服务匹配算法，主要是根据服务请求的不同方式分类，按照服务类别、输入输出参数分步进行过滤的方法进行服务的匹配，同时给出相应的服务相似度。该算法有良好的匹配率和良好的性能，从而更好地达到普适计算环境要求。在此方法中，可以根据需求的不同，设置服务类型相似度和服务输入输出参数相似度权重的大小，相似度越大则越能满足服务请求者的需求，当请求的服务和提供的服务完全不匹配时，相似度为O；当完全匹配时，相似度为1，否则介于O与1之间。

总的服务匹配相似度计算如下：

S（Adv，Req）= W_TX.TS（Adv，Req）+W_PS·PS（Adv，Req）

其中TS为服务类型相似度，PS为服务输入输出参数相似度，WTS，WPS不小于O，且二者之和为1。在服务类型匹配中，定义ABCD四种匹配方式，ABCD服务匹配定义及其相似度定义为如表1所示。

在服务匹配过程中，需要把D匹配的服务过滤掉，把ABCD匹配提供给服务输入输出匹配。4种不同的匹配可使服务提供者为服务请求者提供不同程度的服务。

在输入输出参数匹配中，计算服务输入输出参数相似度PS （Adv，Req）需要计算输入输出参数之间的相似度，给定一个本体概念树T，在本体概念树T中父概念直接包含它的子概念，设根节点为R，有2个子节点C1，C2，设C1，C2在同一层次，则C2的相似度为：

其中，当Cl=C2时，S（C1，C2）为1；当存在一条C1，Cal，Ca2..Can，C2路径，其中Sai是Cai的子类数时，采用中间计算公式，当CI与C2间不存在路径且C1不等于C2时，S（C1，C2）为0。

本文引入Agent技术，Agent技术是分布式人工智能的一个重要领域，Agent是部署于某种环境下的一个经过封装的软件系统，可以看作是一个程序或一个实体，它嵌入于环境之中。通过感知环境，自治地作用于环境并满足设计要求。采用面向Agent的系统理论和软件开发方法是将大的、复杂的系统分解成若干小的、彼此相互通讯相互协作的、易于管理、易于实现的小系统，这些小系统通过接口进行合作，进而组成大的复杂系统，从而实现系统自配置的整体目标。此教务管理采用多Agent系统来实现，其功能结构模型如图2所示。

此教务管理自配置系统的请求类型分为学生管理请求集Rs、教师管理管理请求集Rt、班级管理Rc和教学计划管理Rp，通过它们彼此之间的关联性进行相应的匹配和接口的连接。学生管理请求集Rs由二元组构成，表示部件emti发出请求rs，其中rel{join，release，update，delete}；教师管理请求集Rt由三元组