mda在科學(xué)工作流建模中的應(yīng)用研究

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1、第二章關(guān)鍵技術(shù)研究1．1研究背景第一章緒論工作流的概念源于生產(chǎn)和辦公時(shí)過程的概念，在工業(yè)化過程中由一系列的工作步驟有效組成的產(chǎn)品制作過程成為最初的工作流程【1】。隨著1993年8月第一個(gè)工作流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)組織二工作流管理聯(lián)盟(WorkflowManagementCoalition，WfMC[2，3】)的成立，工作流技術(shù)的研究與開發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新的熱潮。隨著工作流技術(shù)已被越來越多的人認(rèn)可，出現(xiàn)了眾多與之相關(guān)的學(xué)術(shù)研究組織、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工作流引擎以及商業(yè)產(chǎn)品。在工作流技術(shù)被業(yè)界廣泛應(yīng)用發(fā)展的同時(shí)，其技術(shù)和應(yīng)用研究也引起了科研學(xué)者的極大重視。近年來，隨著工作流技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家和領(lǐng)域工程師越來越

2、多地借助工作流技術(shù)來管理和處理大量的數(shù)據(jù)集，在科學(xué)領(lǐng)域中利用工作流的自動化和流程化等特點(diǎn)來表示和管理復(fù)雜分布式科學(xué)計(jì)算【4】?？茖W(xué)工作流可以利用分布式資源和數(shù)據(jù)創(chuàng)建動態(tài)應(yīng)用，也可以通過集成多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)工作流中的不同部分來提高組織和協(xié)作能力?？茖W(xué)工作流正處于研究高峰，學(xué)術(shù)界組織和召開了眾多的專題會議【5，6，7，8，9，10，11】，眾多科研組織也對科學(xué)工作流的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)[12，13]。為了在科學(xué)工作流中更加充分地利用共享的Web服務(wù)，面向編排和協(xié)調(diào)Web服務(wù)的服務(wù)協(xié)作逐漸引起研究者的重視[14，15，16]?？茖W(xué)工作流的建模中如何通過Web服務(wù)使科學(xué)工作流對分布式資源加以充分利用，

3、成為目前工作流技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。同時(shí)，我們在計(jì)算化學(xué)e-Science研究與示范應(yīng)用的項(xiàng)目中通過科學(xué)工作流進(jìn)行建模實(shí)現(xiàn)編排Web服務(wù)的科學(xué)工作流程，也需要對科學(xué)工作流的建模進(jìn)行相關(guān)研究工作。工作流需要編排復(fù)雜的web服務(wù)，對服務(wù)進(jìn)行人工編排不但費(fèi)力而且容易出錯(cuò)。因此，出現(xiàn)了多種工作流語言和服務(wù)編排語言用于解決這類問題，如BPEL[17]、WSCI【18】和BPML[19]，但每一種引擎只執(zhí)行一種語言，缺乏可移植性，使得開發(fā)者難于選擇服務(wù)編排語言和引擎。為了減少科學(xué)工作流中服務(wù)編排的復(fù)雜性，并使得模型獨(dú)立于工作流語言及服務(wù)編排語言，我們使用模型驅(qū)動開發(fā)的方法進(jìn)行科學(xué)工作流的建模。根據(jù)MDA

4、的第二章關(guān)鍵技術(shù)研究思想，在Web服務(wù)模型的轉(zhuǎn)換中，使用動態(tài)行為的平臺無關(guān)模型PIM來定義工作流流程，并將PIM轉(zhuǎn)換成平臺相關(guān)模型PSM。1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀工作流建模技術(shù)的研究受到越來越多的關(guān)注，研究人員提出了多種方法用于工作流的建模。目前主要有活動網(wǎng)絡(luò)圖【2川、基于petriNI拘[21]、對話型【22】、基于狀態(tài)和活動圖【23】、基于事務(wù)模型【24】和圖形化建模方法【25】等。而科學(xué)工作流項(xiàng)目也采用不同的工作流語言在各自的分布式環(huán)境中不斷進(jìn)行研究與探索。目前，科學(xué)工作流的研究也在不斷探索中，對科學(xué)工作流模型進(jìn)行了分類與研究，工作流模型設(shè)計(jì)決定了工作流組件定義和組成的方式【26】。在工作流

5、建模中，主要包括工作流結(jié)構(gòu)、工作流模型／規(guī)范、工作流組成系統(tǒng)三個(gè)方面。工作流結(jié)構(gòu)表示任務(wù)之間的時(shí)間依賴關(guān)系，它一般可分為有向非循環(huán)[](DirectedAcyclicGraph，DAG)或者有向循環(huán)圖(non-DAG)。一般地，科學(xué)家可以使用工作流語言，比如Scuff(SimpleConceptualUnifiedHowLanguage)、BPEL(BusinessProcessExecutionLanguage)作為基于語言的建模方式進(jìn)行Web服務(wù)編排；另外，也可以使用基于圖形的建模方式來組裝工作流。相比基于語言的建模方式，圖形表示更加直觀，能夠支持普通科學(xué)家使用。工作流語言更有利于存儲和傳

6、輸，然而，最終執(zhí)行時(shí)，圖形化表示需要轉(zhuǎn)化為工作流描述語言支持的語言形式，才能被工作流引擎執(zhí)行。目前主要的科學(xué)工作流項(xiàng)目及其采用的工作流語言有：>TavemaTaverna是e．Science項(xiàng)目myGrid[27]的組件之一，是一個(gè)開源的支持生物信息學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)研究的工作流工具，支持生物學(xué)家以結(jié)構(gòu)化的、可重復(fù)的、可驗(yàn)證的方式來描述和執(zhí)行它們的實(shí)驗(yàn)過程。其主要特色是網(wǎng)狀的工作流，基本的容錯(cuò)處理和Processor的半自動選擇。另外，Taverna項(xiàng)目組提供了工作流語言SimpleConceptualUnifiedHowLanguage(Scuff)和圖形化界面兩種方式用于工作流的創(chuàng)建，圖形化方式為

7、方便科學(xué)家使用，而Scuff語言以編排Web服務(wù)為目的【281，作為整個(gè)工作流系統(tǒng)的中間處理和交換的語言。為實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)編排，在Scuff中定義多個(gè)包含用戶信息的Web服務(wù)作為工作流的參與者Processors[29】。Scuff2第二章關(guān)鍵技術(shù)研究工作流語言由FreeFluo引擎支持運(yùn)行。>DiscoveryNetDiscoveryNet是英國EPSRC資助的另一個(gè)項(xiàng)目，是建立在Uniform