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计算机科学64（2015）643 - 650
企业信息系统会议/国际项目会议管理/卫生和社会保健信息系统和技术的管理/2015年10月7-9日
BPMN业务流程的可靠性
Ana Respicio，Dulce Domingos
摘要
各组织越来越多地使用业务流程和业务流程模型和符号(BPMN)来建模它们。考虑到业务流程中服务质量(QoS)方面的相关性，我们可以在文献中找到一些已经计算出结构化工作流和服务组成的可靠性的建议，以及一些扩展BPMN的建议，包括成本、可用性和可靠性，以及其他QoS方面。
在本文中，我们关注的是可靠性，我们从其活动的可靠性价值开始计算整个BPMN流程的可靠性。我们使用了随机工作流简化方法，它将一组简化规则应用于处理块。为了实现这一点，我们使用可靠性信息扩展BPMN，并确定可用于减少的BPMN流程块。我们将我们的方法应用于一个简化的论文评审过程的用例。此外，我们还确定了我们的建议的局限性，这是BPMN非块结构的固有特性。据我们所知，这是第一个计算BPMN业务流程可靠性的建议。
＠2015 作者 Elsevier B.V.出版，这是一个开放存取的文章，根据CC - nc - nd许可证。
(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
由SciKA协会负责的同行评审，促进和传播科学知识。
关键词:BPMN，可靠性，业务流程，QoS。
相应的作者电话: 351 217500524;传真: 351 217500084。
电子邮件地址:mddomingos@fc.ul.pt
1877 - 0509年copy;2015年作者。由Elsevier B.V.出版，这是一个开放存取的文章，根据CC - nc - nd许可证。
(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
由SciKA协会负责的同行评审，促进和传播科学知识。
doi:10101 / j.procs.2015.08.578
1.简介
现在，组织越来越多地使用业务流程来捕获、管理和优化它们的活动。在葡萄牙，根据业务流程管理(BPM)的调查结果，371个最大的葡萄牙组织中有83%有某种BPM相关的程序[7]。自2004年发布以来，BPMN(业务流程模型和符号)[13]已经成为事实上的业务流程建模语言标准[6]。尽管BPMN2.0不包含服务质量(QoS)方面，但我们可以找到一些工作。这扩展了它的可靠性、性能、成本和其他QoS方面的可用性[1,3,9,10,16]。考虑到可靠性，在结构化工作流[2]和服务的可靠性计算方面有一些工作成分[4、5、11]。然而，与WS-BPEL (Web服务业务流程执行语言)[12]相比，BPMN是一种更高级的业务流程建模语言，语义上更强大。
在本文中，我们提出用随机工作流简化方法来计算BPMN业务流程的可靠性[2]。这个方法在迭代过程中应用一组简化规则，直到只有一个活动仍然存在。剩余活动的可靠性对应于过程的可靠性。为了实现这一目标，我们还建议使用可靠性信息扩展BPMN，并确定可以应用简化规则的BPMN流程块。
可靠性计算使过程分析能够确保满足用户需求。过程可靠性信息在设计时用于分析替代方案，以及在运行时选择参与者、执行服务或监视过程执行。
本文组织如下:在下一节中，我们将回顾相关的工作。第3节描述了将一组简化规则应用到BPMN流程块以确定过程可靠性，第4节给出了一个用例场景。最后，第五部分总结全文，并讨论未来的工作。
2.相关工作
根据Koren和Krishna[8]，系统在时间t上的可靠性，用R(t)表示，是系统在时间区间上连续不断上升的概率[0,t]。这个指标对于连续运行的系统来说是足够的，单个瞬间的故障可能会产生很高的甚至是严重的影响。
在工作流建模的上下文中，Cardoso[2]将任务可靠性定义为在离散时间模型下对用户需求进行操作的概率。在这种情况下，任务的失败率可以用不成功执行/计划执行的比率来描述。由R(A)表示的任务可靠性。与故障率相反的是R(A) = 1 - failureRate(A)。
传统上，可靠性一直是网络、实时应用程序和中间件的主要关注点[15]。由于它在各种系统中的基本作用，在其他的环境中，例如工作流，也会接触到可靠性。Cardoso[2]提出了一个用于工作流和Web服务的预测性QoS模型，该模型基于原子任务QoS属性，能够评估工作流的QoS，考虑到以下维度:时间、成本、可靠性和保真度。为了计算整个工作流的QoS，作者开发了一种随机工作流简化算法，该算法依赖于简化规则，迭代地减少构建工作流块，直到将完整的工作流简化为单个原子任务。当这种情况发生时，剩下的任务就包括了。
与正在分析的工作流程相对应的QoS度量。Cardoso使用了以下构造块的简化规则:顺序、并行、条件、循环、容错和网络系统。他适用于对流星工作流管理系统的建议。在[13]中，Coppolino等人概括了Cardoso的建议，涵盖了Wohed等人的所有通用工作流模式[19]，以估计WS组合的可靠性。
Mukherjee等人计算WS-BPEL流程的可靠性，考虑到WS-BPEL可以表达的大部分工作流模式[11]，而Distefano等方法也包含高级组合。特性如故障、补偿、终止和事件处理[5]。
考虑到BPMN，我们可以找到一些建议，将其扩展到QoS信息，例如可靠性、性能、成本和可用性等。Meyer等人将BPMN扩展为信息的确定性模型。由传感器设备提供(从0到100%)以及这些设备的可用性/潜在故障[10]。Chiu和Wang包括可用性和容错率[3]。考虑到性能需求，加拉加斯和Bernauer使用BPMN消息的类别元素来区分传输模式，例如广播和、单播和通信协议，如IEEE 802.15.4和TCP/IP[1]。Sungur等使用性能标注在传感器设备的可靠性和能耗之间划分优先级[16]。在使用传感器设备的业务流程领域中，在[9]中，作者使用信息质量和访问成本来扩展BPMN。但是，它们都没有使用活动的可靠性来计算整个BPMN流程的可靠性，这是我们的建议的重点。
3确定过程的可靠性
利用随机工作流(SWR)方法确定业务流程的可靠性值。
[2]。这个方法对工作流应用了一组简化规则，迭代地，直到只剩下一个活动。的
剩余活动的可靠性对应于过程的可靠性。我们用了6个简化规则。
Cardoso[2]:(1)顺序式，(2)并行，(3)条件式，(4)循环，(5)容错，(6)网络。之前我们可以
应用这些简化规则，我们使用可靠性信息扩展BPMN，并确定BPMN是如何表示的。
按照下面的小节中所述，每种减少规则使用的过程块类型。
3.1. 使用可靠性信息扩展BPMN
为了计算过程的可靠性，我们需要知道每个活动的可靠性。我们通过扩展BPMN活动元素和附加的可靠性值元素来丰富BPMN业务流程，它存储了可靠性值。图1展示了这个扩展的XML模式。
图1 - BPMN2.0扩展的XML模式
此外，我们还包括序列流中的概率值。这个值用于条件、循环和容错的减少规则，我们将在第3.3节中详细讨论。序列流的默认概率值为1.0[2]。
3.2. 为减少规则识别BPMN流程块
BPMN提供了一个以上的选项来表示几乎所有类型的流程块，其中有减少规则。下面的系统化是基于白[17]和Wohed等[18]的作品。
- 序贯过程块
在BPMN中，一个连续的流程块是用一个连接两个活动的BPMN不受控制的流来定义的。BPMN不受控制的流是一个BPMN序列流，它没有任何条件指示符(迷你钻石)或任何中介网关。图2说明了在BPMN中表示的一个顺序流程块。
图2 - 用于顺序进程块的BPMN模式
- 并行处理块
BPMN有两个表示并发的选项，即并行执行的多个活动。第一个使用多个传出序列流，第二个使用并行网关，如图3所示。
图3 - 用于并行进程块的BPMN模式
- 有条件的过程块
在BPMN中，独占网关表示一个分支点，其中的替代方法基于条件表达式(cond1, cond2，hellip;，默认)包含在传出序列流中。其中只有一个会被选中。可以使用或不使用“X”标记显示独占网关。在合并网关的情况下，如果所有传入的流都是可选的，则不需要网关，如图4的左侧所示。
图4 - 用于条件进程块的BPMN模式
- 循环过程块
BPMN表示循环:(a)循环活动——只要它的条件计算为真，活动就执行;(b)并行多个实例循环——并行执行多个活动实例;(c)序列多个实例循环——按顺序执行多个活动实例;并且(4)序列流循环-循环是通过将序列流连接到“上游”对象而产生的。图5分别展示了从左到右的每个循环表示。
图5 - 用于循环进程块的BPMN模式
- 容错过程块
容错过程块与条件进程块不同，因为它们允许选择一个到所有可选路径。BPMN代表了包容网关或复杂网关的容错过程块。在包含网关的情况下，备选方案基于包含在传出序列流中的条件表达式，如图6的左侧所示。
图 6 - 用于容错过程块的BPMN模式
与条件进程块不同，每个路径都是独立的，因此可以采用所有路径组合。或者，可以使用有条件的顺序流，而不是使用包含的网关，如图6右侧所示。
BPMN还代表了具有复杂网关的容错过程块。在这种情况下，modeller定义了需要执行多少条可供选择的路径(k out of n)。如图7右侧所示的条件流
图7 - BPMN模式的容错过程块-复杂网关
- 网络程序块
网络进程块表示子进程。子流程是一个封装过程的活动，它的内部细节是使用BPMN元素建模的。
图8 - 用于网络进程块的BPMN模式
3.3.将减少规则应用于BPMN
在本小节中，我们介绍了列中每个进程块的reduce规则的结果。表1的“reduce块”，以及如何计算列中reduce进程块的可靠性。“减少块的可靠性”同表。例如，减少顺序块的可靠性值，指定为R（AB），A和B产品的可靠性价值活动的并行块只有当所有相关活动成功时，减少的活动才会成功执行。计算的可靠性值。降低条件块我们需要知道每个条件的概率值序列流Pi,i.e。即，选择Bi执行去执行的概率，其中Pi=1和n是可供选择的流程的数量。减少条件块的可靠性为R（B1n）=PiR(Bi)。
在简化的循环过程块中，p是执行循环的概率，减少Aacute;的可靠性，即R（Aacute;）=。一个包含一个循环的活动可能执行如下:当可靠性为（1-p）R（A），循环不被执行。当可靠性为pR(A)(1-p)R(A)时仅执行一次。当可靠性为(pR(A))k(1-p)R(A)时则循环执行K次。因此通过公式R(Aacute;)=Sigma;kge;0(pB(A))k*(1-p)R(A)把无限几何级数的项相加,我们可以得到R(Aacute;)=*（1-p）R(A)=。对于执行精确k次的循环块,还原的可靠性为R(Aacute;)=R(A)k。
对于容错过程块，减少块的可能性可通过R(B1n)=Sigma;l1=0,1...Sigma;l2=0,1(Phi;(Ii-k))pi;1-Ii (2Ii-1)R(Bi))。k-out- n系统的可靠性是由至少k个活动执行的所有场景的可靠性之和给出的。通过分别设置变量Ii=1或者Ii=0，用来表达活动Bi是否执行或者失败。我们认为这个函数Phi;(x)=1,如果xge;0，则Ii=0。否则,以确定k个组合活动的n个对应场景至少有k个活动执行,因此这些是应该考虑。活动Bi的可靠性值可以由1-Ii (2Ii-1)R(Bi)得出。
最后，网络过程块表示子过程，减少块的可靠性值设置为子过程的可靠性值。
表1 - 过程块的减少和可靠性
4.用例的例子
在这一节中，我们描述了我们的方法在一个用例中应用的情况，这个用例包含了一个简化的论文评审过程，如图9所示。
图9 - BPMN流程用于论文评审
为了审查每
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