專用通信裝備配發過程的WF-nets模型

楊　芳，時和平，周　磊

(1.西安通信學院, 西安　710106； 2.濟南軍區72556部隊,濟南　250001)

專用通信裝備配發過程的WF-nets模型

楊芳1，時和平1，周磊2

(1.西安通信學院, 西安710106； 2.濟南軍區72556部隊,濟南250001)

摘要：將工作流網(WF-nets)的基本理論應用于專用通信裝備配發過程建模，利用CPN Tools對模型進行仿真分析，驗證模型的正確性及合理性；仿真結果表明專用通信裝備管理不適合采用集中統管方式；在此為專用通信裝備配發流程改進提供了理論依據，也為專用通信裝備管理系統的設計提供了模型基礎。

關鍵詞：專用通信裝備；配發流程； 工作流網；集中統管

近年來，為提高部隊遂行作戰行動、反恐維穩、搶險救災等多樣化軍事任務通信保障能力，滿足部隊執行軍事任務和軍警民聯合行動的保障需求，建設了專用通信網絡，并將專用通信裝備配發相關單位。管理主要采用集中統管模式，相關管理工作繁瑣復雜，配發過程尤為突出，需要不同領域各個層次多個部門的協同工作。為此本文分析整理該專用通信裝備的配發過程，構建相應的工作流網(WF-nets:Work Flow Nets)模型，為實現審批、開通、歸檔等功能的自動化處理提供模型基礎，對規范配發業務流程提供理論依據。

工作流技術是實現工作流程計算機自動化處理的基本技術。工作流建模方法多種多樣，基于有向圖的建模方法、基于IDEF系列建模方法、基于語言行為的建模方法等[1]。這些方法從用戶層面出發，采用圖形語言或文本語言定義工作流過程，不利于系統實現且不能對工作流的本質特征進行描述。Petri網建模方法既具有圖形化的表示方法，又具有強大的形式化描述能力，被廣泛的應用于工作流建模。文獻[2-4]中將不同的Petri網模型用于工作流建模實現了針對工作流邏輯、時間、性能等不同緯度的分析。WF-nets是荷蘭學者Aalst提出的一種專門針對工作流控制流維度進行建模的Petri nets。本文利用WF-nets對專用通信裝備配發流程進行建模，并在此基礎上對其進行時間擴展分析了配發流程的時間性能。

1工作流網

WF-nets(t)以Petri net為基礎，具有標準的數學定義，以及一系列的形式化分析方法。

1.1　工作流網定義

WF-nets(t)的定義如下：

定義1[5]：Petri網PN=(P,T,F)是WF-nets(t)，當且僅當：

(1)存在一個源庫所i∈P，使得·i= ?；

(2)存在一個匯結庫所o∈P,使得O·=?；

(3)每個節點x∈P∪T都位于從i到o的路徑上。

約束條件(1)、(2)規定了WF-nets(t)必須具有一個源庫所和一個漏庫所，分別代表過程實例的開始和結束。約束條件(3)規定了過程實例中的活動和條件必須位于源庫所到漏庫所的有向弧上。由上述定義可以看出工作流網很好的描述了案例的生命周期。

1.2　工作流網分析方法

業務過程設計必須保證邏輯上的正確性，不能存在異常結構，比如“死鎖”，“死循環”等。基于WF-nets(t)的分析可以判定過程設計的正確性。

Aalst將Petri nets結構特性與動態行為相結合提出了WF-nets(t)合理性分析。

定義2[6]：由一個WF-nets(t)建模的過程是合理的，當且僅當：

定義中的i，o分別表示源庫所i與漏庫所o中存在一個托肯的初始狀態和最終狀態。條件(1)說明了從初始狀態i總能到達最終狀態o。條件(2)說明當到達最終狀態o時，WF-nets(t)中其余庫所中均沒有托肯存在。條件(3)則說明了WF-nets(t)中不能存在死變遷，即死任務。文獻[6]給出了WF-nets(t)合理性的分析方法。

活性及有界性的判斷可以利用Petri net提供的形式化分析方法，此處不再贅述參見文獻[7]。文獻[7]提供的各種分析方法都是以人工分析為基礎的，不利于復雜系統的分析驗證。因此本文利用目前最成熟的Petri網建模分析工具CPN Tools[8]對模型進行分析驗證。

2專用通信裝備配發過程建模

2.1　配發流程描述

專用裝備配發流程如圖1所示。

圖1 配發流程

(1)以專用通信網絡服務范圍劃定管理區域。轄區內各單位相關部門組織本系統用戶填報專用通信裝備使用申請，或按任務需求填報任務機使用申請。

(2)區域業務主管部門審核臨時任務或用戶資料。

(3)區域保密部門保密審核。

(4)審核通過并上報大區。

(5)大區業務主管部門審核臨時任務或用戶資料。

(6)大區保密部門保密審核。

(7)審核通過后大區業務主管部門向受理中心下發開通通知，并通知區域業務主管部門進行裝備配發。

(8)區域業務主管部門通知本級庫房進行裝備配發。

(9)區域保密部門組織保密模塊配發。

(10)受理中心開通裝備。

(11)各單位整理資料備案并上報大區業務主管部門。

(12)大區業務主管部門資料備案。

其中受理中心負責所有專用通信裝備開通及用戶資料的管理。開通操作可分解為開通子流程，構建開通子網。受理中心收到上級通知后，做好相關登記，開通授權業務。

各單位庫房負責本單位專用通信裝備的出入庫管理。出庫操作也可分解為出庫子流程，構建出庫子網。庫房接到上級通知后，按要求取貨，與用戶共同測試裝備，確認無誤后，做出庫登記，交付用戶，資料備案。

分析上述流程可知參與專用通信裝備配發的組織機構主要有大區、區域業務主管部門、保密部門、受理中心、庫房。各級機構完成主要工作如表1所示。

表1　組織機構工作流程表

2.2　配發WF-nets(t)模型

采用自頂向下的方法分層建模，主流程的WF-nets(t)如圖2所示：其中變遷tv、ta、td是替代變遷分別對應審批子網(圖3)、開通子網(圖4)、出庫子網(圖5)。

圖2　主流程模型

圖3　審批子網

圖4　開通子網

審批子網圖3、出庫子網圖5中庫所SP、SA、SD為控制庫所，SA、SP用以控制審批通過率，SD用以控制故障機出庫比例。初始標識設為常量k，設置隨機數r，比較隨機數r與k的取值，控制輸出。根據實際情況修改k值，以獲得不同的比率。

模型中相關變量及函數聲明如下：

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);

其中整數集TEN1、TEN2，變量r、k，函數OK是與控制庫所SA、SP、SD相關的函數及函數聲明。其余聲明用以區分案例在流轉過程中的不同狀態。模型中標識含義如表2。

表2　標識含義

續表

標識意義標識意義t8接收出庫通知p11出庫通知接收完畢t9出庫資料上報p12出庫完畢t10配發資料歸檔p13出庫資料上報完畢tv1用戶提交申請p14配發資料歸檔完畢tv2區域業務主管部門申請信息匯總end結束tv3區域業務主管部門用戶資料審核pv1用戶提交申請完畢tv4區域業務主管部門審核結果匯總pv2區域業務主管部門用戶資料審核準備就緒tv5區域保密部門保密審核pv3區域業務主管部門用戶資料審核完畢tv6區域保密部門審核結果上報pv4區域保密部門保密審核準備就緒tv7大區保密審核pv5區域保密部門保密審核完畢tv8大區用戶資料審核pv6區域審核通過tv9大區審核結果匯總pv7大區保密審核準備就緒ta1篩選號碼pv8大區保密審核完畢ta2用戶號碼綁定pv9大區用戶資料審核準備就緒ta3受理系統開通pv10大區用戶資料審核完畢ta4數據業務一級開通pa1號碼篩選完畢ta5數據業務二級開通pa2用戶號碼綁定完畢ta6開通資料受理中心備案pa3數據業務受理中心開通完畢td1貨架取機pa4數據業務開通完畢td2開機測試pa5開通成功td3故障機標記入庫pd1取機完畢td4登記用戶資料pd2裝備通過測試td5用戶確認pd3裝備未通過測試td6交付用戶pd4用戶資料登記完畢td7出庫資料備案pd5用戶確認完畢start開始pd6交付用戶完畢

3模型驗證分析

3.1　模型正確性驗證

模型存在源庫所start、漏庫所end使得·start=?∧end·=?。且每個節點都在從start到end的路徑上，符合定義1，因此該模型是WF-nets(t)，結構正確。

構建主流程模型的短路網，在庫所start與end之間添加變遷t*，利用CPN Tools計算該短路網狀態空間，生成部分狀態報告如表3所示。

表3　部分狀態報告

續表

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

由報告可以看出模型的短路網具有很好的活性并且是有界的。由定理1可知該WF-nets(t)是合理的。

3.2　模型時間性能分析

根據近年專用通信裝備配發相關數據，為模型中變遷賦予時間值。利用CPN Tools進行仿真，計算完成任務平均時長、流程主要環節駐留時間。主要活動賦時見表4。

表4　配發過程主要活動用時

仿真運行50次求平均值。求得任務平均完成時間為22.6 h，約為3個工作日。審批環節平均駐留時間為12.2 h，大約需要1.5個工作日，約占任務完成時間的54%。

出庫、開通、保密模塊配發并行執行，其中出庫環節平均駐留時間為5.5 h；開通環節平均駐留時間為7.9 h；保密模塊配發環節平均駐留時間為6.3 h，所需時間均不超過1個工作日。

4結束語

分析上述數據可知在專用通信裝備配發過程中審批環節繁復，用時較長，可作適當改進。專用通信裝備配發數量有限，但涉及面較廣，用戶分散不利于集中統管。可考慮將部分審批權限下放，各區域業務主管負責審批部門負責本級用戶配發資格，并將配發資料上報大區備案。大區只負責本級直屬用戶配發資格審批，減少審批手續提高配發效率。

本文分析了專用通信裝備配發過程，并利用WF-nets(t)對配發過程進行建模，經過模型分析證明該模型正確可靠。該模型可作為專用通信裝備管理系統開發的模型基礎。此外，本文在此模型的基礎上針對專用通信裝備配發的時間特性進行了仿真分析，并根據仿真結果提出了專用通信裝備配發改進意見。但本文沒有進行資源利用率分析。這是下一步工作重點。

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[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.

(責任編輯楊繼森)

收稿日期：2015-02-10

作者簡介：楊芳(1978—)，女，碩士研究生，講師，主要從事軍事裝備保障研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.019

中圖分類號：TP302.7

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0707(2015)07-0073-06

本文引用格式：楊芳，時和平，周磊.專用通信裝備配發過程的WF-nets模型[J].四川兵工學報，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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【后勤保障與裝備管理】