考虑策略优先级的业务流程协作与价值优化

李 兴,康国胜+,刘建勋,文一凭,曹步清,肖 勇

(1.湖南科技大学 服务计算与软件新技术湖南省重点实验室,湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大学 计算机科学与工程学院,湖南 湘潭 411201)

0 引言

现如今信息快速流通，经济呈现出复杂多变的特征，大大缩短了产品窗口期，企业不得不在业务需求上追求复杂、多态、多变，以适应市场的激烈竞争[1]，因此跨组织协作成为21世纪的协作模式，各参与者之间的信息被有机结合起来，不同价值融合于同一协作中，从而将传统业务流程传递转换为考虑事件驱动的协作流程[2]。跨组织间的协作可以突破传统企业间的领域界限，为参与者创造新的产品或服务[3]，然而事件在业务中传递时若无明确约束，则会产生不确定事件甚至造成损失，而跨域服务目前的工作主要集中在不同生态系统参与者之间的价值交换[2]，关注价值融合的研究较少[4]。因此，跨组织间的协作通常依赖对不确定事件的处理能力和组织之间商定的业务约束。为使参与方在价值交换中减少价值损失，本文在已有框架上开发一种方法，对时间、空间、领域与技术(简称时空界3个维度)进行约束，以在协作中实现价值融合并提升服务提供者的利润。

近年来，一些解决跨域服务相关问题的方法被提出，为降低不同领域协作的沟通成本、不确定事件带来的风险和业务流程中的响应延时，许多学者从不同角度提出需求工程方法，如考虑场景[5]、考虑价值[6]的需求工程方法。在系统方面也有人提出协调器框架来解决即时性响应问题[1]，将物联网技术应用于通过捕捉需要管理的业务流程实体状态来协调不同生态系统的企业业务流程变更，以满足商定的业务约束[7]。目前，关于跨域业务流程协作的研究相对较少且未达成共识，仍有许多问题亟待解决。为实现协作上的服务价值创新，本文对跨组织流程协作方案进行改进[1]，采用分布式协调器、基于策略的决策机制和动态建立协作的机制，灵活调整并快速建立企业间的协作关系，同时通过扩展业务流程管理(Business Process Management, BPM)引擎将企业内部的边缘业务打包成第三方可以理解的数据包，交由协调器进行决策，使跨域协作应对不确定变化时能够灵活和即时，然而目前研究对策略缺乏设计，无法满足特定约束的价值需求[8-10]，而且每两个参与者之间就需要一个协调器，因此在复杂场景下或多用户场景参与时会造成结构复杂和协调器冗余，出现问题时会导致测试爆炸，不利于流程的整体维护。

本文首先对基于策略的协调器机制进行分析，考虑策略优先级，使跨组织的业务流程协作能够根据客户需求策略匹配协作方而使结果达到最优；然后针对参与者需求目标的期望，在时空界上对策略进行设计，并对协调器框架进行优化，减少多用户参与场景下的结构冗余；最后以顺风车场景为案例进行实验，根据参与者价值认同的差异，按照价值的重要性对冲突需求进行排序，使各参与者之间的业务流程以自动规划的方式执行，从而优化业务质量，实现服务价值创新，提升参与者的利益。

1 协作流程中的价值传递分析

任何服务或产品都存在价值属性，然而同一种服务的价值往往随所处时间、空间、领域与技术3个维度的变化而变化。由于不确定事件的异常情况，服务和产品的价值变化和传递过程更加重要，例如船舶备件补货流程中，配件在运输过程中的价值传递受时间和空间维度的作用比较明显，流程中的价值交换会受船舶停靠时间、配送时间、港口到发货地点的距离、道路等因素影响。

为了将成本控制到最佳，配货公司专注于核心业务，而将其他业务外包，例如船舶备件补货业务流程(Ship Supplier Process，SSP)涉及跨企业协作[11]，如果航行中的船舶想补货配件，则将通知航运公司，公司经理会向适合的供应商下订单，供应商将通知物流公司将船舶备件交付到船上。备件交付过程中可以达到的需求是让船舶和物流货车在船舶航线上约定的码头交接配件，可以优化的需求是尽早交付零件和尽可能节省运费。从图1所示的船舶配件补货业务流程可见，抛锚、停泊位置、物流堵车等都会影响价值交换，使得协作成本增加。

由图1可见，现有的流程逻辑并不能很好地应对突发的不确定性变化，处理突发事件仍然依靠经验和人工消息，而引入协调器机制即可将动态消息和外部事件打包传递给分布式协调器对协作关系进行自适应规划[1]。在满足时空界约束规则的前提下，如果根据业务需求配置协同策略，就可以利用决策器处理复杂流程。

协调器的协调机制如图2所示，当有事件触发协作请求时[12]，协调器群会根据请求从已发布的协调器中寻找适合的协调器和协调服务进行流程绑定。在协作过程中，协调器根据请求中的事件主题触发关联函数来处理业务，并向协作双方反馈处理结果。

协调器决策的最终目的是使协作双方在流程协作过程中能够即时响应并提高协作双方的协作价值。然而这种协作过程比较复杂，在较多协作方接入流程的情况下，每两个协作者之间需要一个协调器，整个流程的结构将冗余且复杂[13-15]。本文考虑时空界约束的策略机制[16]，通过在相同场景下提高单个协调器的复用率来减少结构性冗余。

图3所示为考虑策略优先的顺风车协作流程。乘客发出拼车请求事件，请求包含的时空界约束策略信息会发送到服务平台。平台系统被事件触发后，通过协调器群识别策略筛选出对应策略的协调器进行决策，找到可匹配的顺风车，然后按照策略中包含的优先顺序依次发送给匹配到的顺风车司机，建立链接请求，直到请求被响应，或请求没有被响应、响应超时。如果没有匹配到合适的顺风车，则乘客独自出行。当有顺风车接受订单和乘客请求策略中包含的价值主张时，顺风车将响应发送给平台，平台通过协调器使乘客与顺风车司机建立协作链接，发送双方的基本信息，包括地址、约定时间和电话信息等。司机去约定地点接乘客，到达目的地后乘客要向平台确认到达，平台向乘客收取费用，乘客支付费用，平台收到费用后支付给顺风车司机。当顺风车司机收到的请求中没有包含策略和其他价值主张时，司机仅需完成订单即可。

平台可以使用针对具体业务规则制定的、考虑策略优先级的协调器来建立链接，同一种策略的协调器处理相同场景请求时会使用同一种协调器，以避免复杂场景下一对一使用协调器带来的结构冗余；价值交换过程中需充分考虑参与者选择策略中包含的价值主张，以避免价值冲突导致的经济损失。

2 考虑策略优先的协调器框架

为解决业务流程多用户参与时导致的协调器冗余问题，本文对第1章船舶备件补货场景中使用的协调器框架进行简化，并设计了考虑策略优先的协作模型，在时空界3个维度上对其进行约束，使参与者在全局价值上达到优化[1]。图4所示为考虑策略优先的协调器框架通用协作示意图。参与者之间并不需要强制遵循共享本体，也不需要在协作过程中完全共享本体数据，而是用同一套语义编写的策略，通过协调器引导完成协作过程及价值转换[17-18]。参与者之间的协作过程可以是相互独立的业务主体，参与者与协调器之间的消息通讯模式采用策略事件的发布与接受，参与者只需关心策略事件的感知与响应，内部信息细节通过共享机制转换为不同的价值主张并选择性地共享到外界，协作关系和决策事务均由协调器群管理。业务在不断传递中会产生可交付的价值，活动完成后，价值将集中在代表服务价值或产品价值的价值主张中，价值主张是提供给接受者可交付成果的服务集合，可交付成果经过价值主张转化为接受方的新价值或应该遵循的服务价值。

考虑策略的协调器C只关注即时协作关系的建立与决策。协调器的决策过程是一种事件驱动，参与者所发送的请求消息中包含的策略会触发可以处理相应策略的协调器来处理事件，其完成价值转换并建立参与者之间的协作匹配，从协作关系和处理方式两方面优化服务价值和质量，促进流程的灵活协作，创造新的价值。协调器与参与者、参与者与参与者之间的相互独立，以及协调器应对事件处理的便捷性，提高了协作中价值转换的效率和协作的灵活性。

2.1 考虑策略优先的协调器决策机制分析

由于不同领域看待相同服务的价值不同，需要业务人员设计好参与者可接受的策略选项并建立策略库。这些策略并非一成不变，随着策略使用次数的增加，符合实际需求的策略被保留，应用较少的策

略则被优化，使服务集中于主要的需求或特殊需求，避免低效且非必要需求增加的成本，而在出现新需求时，也可以增加相应的策略。因此，长期来看，不仅使参与方在使用上相对灵活，还可以提高服务质量，减少新需求的开发周期。

当协作事件被触发时，参与者可以选定符合自身需求的策略，策略事件将被发送到协调器群，协调器群根据已经存在的协作策略进行选择匹配，并指定需求优先级，将参与者认为最重要的需求放在首位，最大化价值在转换中的效率，然后用对应的策略协调器进行处理，最后将处理结果异步发送给协作双方建立协作链接。考虑策略优先级的协调器处理请求，可在满足需求的同时做出所选策略的最优决策，从而提高价值交换效率并创造价值。

2.2 顺风车协作案例分析与设计

本文以顺风车协作流程为案例说明模型的作用，图5所示为协作模型的框架。顺风车协作流程有以下特点：①协作方的数量不确定，且通常不唯一；②协作建立过程中不确定因素过多导致合作失败，例如乘客赶时间，顺风车由于道路或司机个人原因不能及时到达；③乘客和司机的价值不匹配导致服务质量下降，例如乘客赶时间，则乘客时间价值为

最优价值，而对于司机，利润价值更重要，缩短到达目的地的时间必然使司机承担交通风险甚至减少收入，顺风车主要考虑完成度和对司机本身服务质量的约束。乘客与顺风车司机缺少接单前的价值匹配，这其中也存在流程上的价值转换，本文的乘客和司机将自己的策略价值发送到相同的协调器群中进行匹配。

几乎所有服务都有价值属性，而事物的价值却被时间、空间、领域与技术等多方因素影响。相同事物的价值在不同参数影响下会异化，而且同服务不同参与者对价值的认同会产生歧义。本文采用业务流程建模标注(Business Process Modeling Notation，BPMN)语言的协作图抽象完成流程建模[19-21]，并用约束细化具体流程，使得价值不是单一方向传递，局部价值也不再独立。这种建模方法在一定程度上通过牺牲部分局部最优结果达到整体最优，但侧重点由服务制定者提供，全局的价值期望被分解到每个流程协作点上，协作点上的价值由所参与的协作者完成，以保证局部价值。在局部业务流程中，价值由当前参与者实现。通过约束细化具体流程可以约束业务活动中的参与者，并设定需要完成业务的全局效果。

顺风车的总体目标期望是司机与乘客有相同的目的地，双方出发时间有交叉，双方满足领域约束，例如乘客需进行实名验证，司机满足平台合约条件。如图6所示，乘客的价值期望是在时间范围内到达目的地或行驶距离最短等；司机的期望价值可以是收益大于成本、最大可用时间大于合乘时间等。协作双方在约束条件下达成协作，可使服务双方在价值上达到全局最优。

为了解决上述问题，本文考虑策略优先级的算法使乘客和司机在流程中的价值达到全局最优。对于乘客发布的请求，算法1通过协调器群进行策略匹配。首先，筛选出可匹配策略的顺风车(第1～2行)。然后，进行考虑策略的优先级匹配(第3～14行)，其中第3～9行以顾客指定策略优先进行匹配，指定一定距离范围内满足策略的顺风车优先接单，如果乘客没有指定策略，则用司机的策略进行匹配;如果协作双方策略都无法满足或都没有指定策略，则采用Base Policy，以完成请求并建立链接为目进行匹配；如果乘客没有满意的匹配，则独自上路(第10～14行)。最后，返回协调器建立的协作链接，包括发送双方的约定地址、时间和加密过的联系方式等(第15行)。算法查找可匹配的顺风车是通过循环判断参与匹配的顺风车是否满足条件进行，当有N辆顺风车参与匹配时，最多判断N次，因此算法的时间复杂度为O(n)。

采用算法1可以使协作双方在完成协作的前提下选择最符合自身价值的最优策略，从而提高服务价值。

算法1考虑策略优先的协作匹配算法。

Request:

乘客的协作请求,CR；

乘客请求信息头RH(id,策略,目的地等)；

协调器群中的策略列表,CPL;

顺风车服务HRSi(id,策略,目的地等)。

我这样说不知你会不会理解，其实，象我们那个年龄的男孩子在看女人脱衣服的时候，那种浑然忘我的情形是很容易理解的。我这样坦白地说，当然，我并不觉得这是一件很羞耻的事，因为处在那个年龄的少男少女哪一个不对异性充满了神秘和好奇呢。别对我说，你不。我平生最讨厌那种道貌岸然的伪君子了。我不扯远了，下面我再接着往后说吧。

Ensure:

协作关系集PM-to-PM,PTPSet；

1: IF CR在距离范围内有多个可接收请求的HRS THEN

2: 在协调器群的策略列表中筛选能够处理乘客请求头中包含的策略列表CPL

3: FOREACH存在于CPL中且满足策略的顺风车服务HRSi

4: 根据对应的Policy触发决策器;

6: IF顺风车司机接受请求且乘客接受链接THEN

7: 建立协作链接并插入协作关系集PTPSet;

8: END IF

9: END FOR

10:ELSE IF只有一个可接收请求的HRS THEN

11: IF顺风车司机接受请求且乘客接受链接THEN

12: 建立协作链接并插入协作关系集PTPSet中;

13: END IF

14:END IF

15:RETURN PTPSet

3 实验与评估

本文对协调器框架的改进使得框架具有更高的可用性，改善了多方参与者使用时的协调器冗余问题。本章从策略优先的角度验证本文方法的可行性与有效性。

3.1 实验设计

本文在模拟实验中使用的个人笔记本的具体配置为：Windows10专业版64位操作系统；AMD Ryzen7 4800H(2.90 GHz，八核十六线程)处理器；16 GB内存；JDK版本为1.8.0_181；512GBHDD硬盘；实验软件为IntelliJ IDEA 2021.2。实验用顺风车流程案例为具体案例进行对比实验，引入时空界约束对整体业务价值进行优化，具体流程如图3所示。

实验假设：①司机与乘客为单一匹配，一个顺风车接一个乘客，一个乘客搭乘一个顺风车；②运行成本取决于路程和堵车时长；③顺风车未匹配到乘客则独自出行；④参与者首先以价值为导向，匹配优先完成目的，再考虑成本；⑤协调器知道所有潜在匹配对象的信息；⑥数据为仿真模拟，司机到乘客的初始距离随机生成的范围在0 km～5 km，乘客到目的地的距离随机生成且只考虑直线距离，范围在100 km以内，其中40 km以内的距离占80%，其余距离数据占20%；⑦选择以时空界为约束的策略，本实验主要以时间和空间为约束制定策略；⑧为量化参与者对策略的重要程度，加入权重来计算具体数值，即在成本计算中加入权重来体现策略选择的重要性，策略权重范围在0.5～0.99之间，因为权重小于0.5在价值上无实际意义。

本文根据顺风车场景从3个指标考察决策所需的成本，分别为服务价值V、节省时间T和节省路程D。协调器对乘客的请求是否合理和司机成本进行了推算。顺风车成本Ci计算公式如式(1)所示，其中有两个约束条件：①司机可用时间大于合乘所花费的最大时间；②乘客数量在任何时刻不能超过该车的最大容量seats≥customers。

Ci=max{(xi+Δdj),0}×Pi+d(yt,yi)×

Qi+Δx×W。

(1)

式中：xi为不同的出租车序号；xi+Δdj为i号顺风车距离j乘客的距离；Pi为i车不载客的每公里燃油费(单位：元/km)；yt为目的地坐标；yi为乘客地点坐标；d(ym,yn)为m和n地之间的车辆行驶里程(单位：km)；Qi为载客到目的地的成本费用(单位：元/km)；Δx为临时获知的延误时间(单位：h)；W为等车或延误时间的成本损失(单位：元/min)。

乘客的乘车费用受顺风车成本影响，服务价值受顺风车参与方的权重倒数λ影响，因此实际的服务价值

Vi=λCi+(1-λ)Y。

(2)

式中Y为非必要服务价值，由于不可预估，为方便计算设为常数。

本文以服务价值Vi为主要指标衡量乘客需求是否被满足，通过实验假设中随机生成的数据计算出结果，如表1所示，可见策略权重值越高，服务价值越高，越贴近实际支付的价值[22]。通过比较服务价值这一指标验证，考虑策略优先的协调机制可以优化业务流程的价值。

表1 服务价值随策略权重的变化

随机产生10组数据，每组包括10个乘客，每个乘客周边有10个可以接单的顺风车，进行如下实验：①采用传统方法，以司机抢单的形式建立协作链接，当一名乘客发出订单请求时与最先响应的司机建立链接，这种方式使乘客起始点到顺风车的距离在一定范围内为随机值，不保证司机与乘客距离最近，只满足基本匹配；②采用本文所提考虑策略优先的方式，乘客发出的乘车请求中包含最近距离策略，从而筛选距离乘客最近的顺风车优先抢单。最终生成的数据为每组10个乘客与所建立链接的顺风车之间的起始距离之和D与顺风车接到乘客所花费时间之和T，将其取平均值以减小个别样本带来的误差，实验结果如表2所示。表中：下标i表示传统方法，j表示考虑策略优先的方法。

表2 实验数据对比

3.2 实验结果分析

本节为模拟实验，实验对比验证了顺风车流程中采用本文方法前后的成本。根据实验结果可知，如果按照传统方法匹配，司机和乘客都将承担不确定因素带来的风险，导致成本增加，例如在双方距离较远的情况下，顺风车仍然接受乘客请求，期间可能因堵车、等待红绿灯等不确定因素而增加乘客的时间成本和顺风车运行成本。如果采用本文策略规划的建议，优先指定满足条件的司机接单并建立链接，则可降低参与双方的成本，由表2可见，参与双方的距离成本平均节约65.06%，时间成本平均节约69.20%。

相比采用优化策略前的协调机制，相同场景下采用一种策略协调器，从每两个参与者一个协调器到一类参与者一个协调器，不但减少了协调器数量和结构上的冗余，提高了协调器的复用率，而且在多用户参与、场景不复杂的情况下，减少了流程部署的难度和成本。

4 结束语

本文对协调器框架进行改进，并提出考虑策略优先的协调器方法，对在时空界约束下的协作方价值进行优化，提高了相同流程的复用，减少了参与者过多时协调器的冗余。案例分析表明了本文方法的有效性，但也有一些问题需要进一步优化，例如，如何在实际情况下保证数据来源的可溯源性和安全性，以及策略的迭代和优化问题。

未来的工作将要对原型系统的开发和匹配机制进行改进，进一步提高本文方法的效果；同时尝试将区块链理论应用于业务流程，以保证数据在业务流程传递过程中的安全性和可溯源性。