Web服务变更管理中的有限状态机和Petri网模型对比研究

© 2013由Elsevier B.V.发布。信息工程研究所的选择与同行评议可在www.sciencedirect.comwww.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 4（2013）99 - 1092013年农业与自然资源工程国际会议基于Petri网的有限状态机在Web服务变更管理框架中Thirumaran.Ma，Dhavachelvan.Pb，Aishwarya.Dc，K.Rajakumarida印度本地治里工程学院计算机科学和工程系b印度本地治里大学计算机科学和工程系。c印度本地治里工程学院计算机科学和工程系d印度本地治里工程学院计算机科学与工程系摘要有限状态机和Petri网是广泛应用的概念模型和计算模型之一在分析不同的Web服务研究领域。本文通过实验分析比较了有限状态机和Petri网在Web服务变更管理框架建模中的应用。 虽然现有的许多变更管理方法都能满足正常的变更，但它们都不能有效地支持变更管理。变化评估和监测。还使用称为Petri网的复杂结构来建模整个系统功能而简单的有限状态机可以用于相同的表示，因为改变管理的过程仅包括紧急和微小的改变。 使用FSM，只能提取特定的逻辑，而不是 在Petri网的情况下，严格的整体功能。因此，对于实施的变更的评估，FSM对于表示整体变更管理是非常有效的。在本文中，我们将看到FSM是如何有效地建模的变化管理，也使用某些变化因素的变化进行评估时，相比Petri网。© 2013作者。由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：Web服务;变更管理;变更因素;有限状态机;Petri网。1. 介绍变更管理是一组流程，用于确保实施重大变更在业务流程的维护阶段。 变更管理流程的目的是确保：业务风险得到管理和最小化;标准化方法和程序得到使用或有效并迅速处理所有更改;对服务资产和配置项的所有更改都记录在配置管理系统中;以及所有授权的更改都支持业务需求和目标。因此，需要一个有效的框架来管理这些变化，而不影响业务功能。在这里，变更管理框架被提议用于对业务逻辑进行微小的更改，但其效果对组织的盈利能力更为明显。因此，Web服务的业务逻辑的更改必须在给定的时间约束内非常快速地完成，因为在运行时管理更改时，提供者和客户端使用的服务必须不受影响。我们专注于为业务逻辑的动态变化创建环境，以便可以在服务中进行频繁的修改，帮助服务提供者，为他服务，以满足客户这样的环境在运行中是有用的2212-6678 © 2013作者由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.016100M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99Web服务的时间管理，并准确地发现服务提供商的维护元素的解决方案。有许多模型存在于业务流程管理中，其中流程被回收用于整体流程更改。然而，这些解决方案的问题是，它们只支持过程级灵活性，而不支持应用程序/服务级灵活性。另一方面，这个业务逻辑管理框架试图增加服务级别的灵活性。这些更改是在业务分析师级别完成的，而不是在开发人员级别完成的，这减少了更改管理中的层次结构，从而意味着时间和成本需求的减少。 这里需要一个有效的模型表示，它提供了清晰的可视化的过程中的变化管理和评估的变化实现的分析师很容易理解系统。Petri网为系统的动态行为的形式化描述提供了一种图形符号，并且特别适合于表现出并发、同步、互斥和冲突的系统，而有限状态机是一种用于设计计算机程序和时序逻辑电路的计算数学模型。虽然Petri网已经被应用于软件设计、工作流管理、过程建模、数据分析、并发编程、可靠性工程、诊断、离散过程控制和仿真等领域，但有限状态机在描述变更评估方面发挥着有效的作用。此外，Petri网不仅是一个显着的负担放在分析，以指定复杂的模型，但此外，图形表示可能会变得过于复杂，是有用的和可理解的。为了给缺乏经验的非专业分析人员提供简单易懂的有用表示，可以使用有限状态机来实现该框架。本文充分集中在使用有限状态机Petri网的变更管理和实施的变更评估的优势。2. 文献调查Xumin Liu等人[1]提出了Ev-LCS，这是一个端到端的框架，可以指定、响应和验证LCS中自上而下的更改。该框架首先提出了一个形式化的模型，它提供了支持变更管理自动化的基础语义和一组允许在一个精确和正式的方式，提出了一套算法来自动实现它们。然后，它提出了一个实际实施变革的变革制定战略。Dimitris Apostolou等人[2]提出了一种基于本体的方法，用于开发和维护电子政务服务，这些服务可以有效地处理变化，从而实现电子政务系统的响应。当发现变化时，通过应用正式的方法来实现一致性，使政府系统适应变化，并通过利用设计，使服务设计者和实现者能够对变化做出明智的响应理性知识 FlorianRosenberg等人[3]提出了一种特定领域的服务选择机制和系统实现，以解决组合服务的运行时自适应的问题，实现关键业务流程，利用一个特定领域的语言称为VieDASSL，它可以被领域专家用来定义运行时自适应选择器的QoS属性的基础上的自适应QoS模型。这种方法通过假设每个QoS属性的测量单位是固定的并且不能动态调整，确保可以在运行时处理QoS模型和选择器中的更改，而不会中断业务流程。Bassam Atieh Rajabi和SaiPeck Lee [4]提出了两种基于图和基于规则的形式化方法。基于图的模型中的刚性导致缺乏运行时标准（灵活性、动态性和适应性）的问题，这损害了基于图的过程对BP和异常情况中的动态变化做出反应的能力，而BRMS的共同目标是将复杂的过程逻辑集成到过程模型中以支持动态变化。为了提高过程执行的灵活性，使用了基于约束的BP管理方法，支持BP的进化。在文献[5]中，提出了一种自适应的、灵活的框架，用于集成面向对象建模技术和PN建模语言（即基于图形的具有直观和明确的视觉吸引力，即使对于那些很少或没有技术背景和基于规则的建模语言的人来说，这需要很好地理解命题逻辑和逻辑表达式的语法）以增加基于图的建模的表示能力，从而支持运行时实例中的动态变化。为了自动生成服务代码，Yanhuna Du等人[6]提出了Petri网方法，该方法可以自动验证部分不兼容服务的组成，并且还以生成服务代码的方式服务时间。该方法由3个阶段组成：建模服务组合建模为开放的工作流网（oWFN），这些工作流网通过使用中介事务（MT）组成。构造了组合的模块可达图（MRG），分析了组合的兼容性，对组合的自动验证问题有明显的改善状态空间爆炸。为了节省时间，提出了基于事件-条件动作（ECA）规则的技术，M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99101开发Haochen Li，Zhiqiang Zhan等人[7]提出了一种解决方案，该解决方案使用机器学习方法自动化变更管理过程，并从业务驱动的角度评估解决方案。该系统自动分析RFC并获取相关的配置项，还自动检索最相似的更改解决方案。通过业务驱动的视角自动化变更管理过程，该系统减少了服务中断的时间和成本，而做的变化。为了实现准确性和效率，系统返回有价值的更改解决方案，支持RFC（请求更改）的收集，通过将其与其他系统进行比较，将提供最佳解决方案。因此，解决方案与神经网络检索类似的RFC给出了实际的决定，也验证了更改解决方案时，选择自动更改管理过程。Sabri MTIBAA和Moncef TAGINA [8]提出了一个以公民为中心的医疗服务平台的变更管理框架。结合Petri网模型来处理变化和可重构Petri网模型来应对这些变化，以实现医疗保健目标。在[9]中，使用基于Petri网的过程建模允许应用不同的分析技术。这些技术可用于检查流程的行为并计算其性能度量。将Petri网模型转化为图模型，为使用经典的图处理算法提供了可能。 本文讨论分析了Petri网作为工作流建模和分析的概念标准的原因。Petri网符号是用于表示的主要路由结构以及工作流过程的描述。证明了Petri网模型与图模型的对应关系。Mtibaa和M. Tagina [10]提出了一个分布式远程医疗环境，它既受益于面向服务的方法（SOA），又受益于强大的电信能力。我们提出了一种自动化的方法来处理分布式远程医疗环境中的变化。一个组合的Petri网模型来处理这些变化和可重构Petri网模型来应对这些变化，以满足远程医疗的功能和非功能需求。3. 有限状态机与Petri网3.1 模式驱动由于所有的修改都是在模式级别进行的，以便于分析人员理解程序的功能，因此有限状态机在变更管理和变更评估的情况下起着实现模式的主要作用。在有限状态机的帮助下，可以将模式转换为有限状态机，反之亦然。因此，有限状态机是完全模式驱动的，而Petri网是不是模式驱动的，因为它是过程驱动的（即过程可以转换为Petri网，反之亦然），分析师不容易理解。3.2 提取特定逻辑在变更管理过程中，在进行变更之前，有必要提取一个特定的逻辑，我们将在哪里进行变更，因为变更管理框架主要集中在进行紧急变更或简单变更。当我们使用有限状态机时，这是可能的，因为它通过规则，函数或参数表示逻辑，而不可能通过Petri网提取特定的逻辑。Petri nets可以提取进程的起源或整个进程，即使我们的目标是做微小的改变。3.3 跟踪点通过使用有限状态机，我们可以很容易地跟踪代码中的每一个语句。 特别是在web服务的变更管理中，我们可以跟踪代码中的特定语句，如果我们使用Petri网，则不可能到达代码中的特定语句，因为它只能显示代码中必须进行更改的部分。此外，在评估所做的更改的过程中，如果发生任何错误，可以通过使用有限状态机在错误发生的特定位置进行跟踪，而在Petri网的情况下，它将表示错误发生的代码的特定部分。3.4 回滚如果在评估所做更改的过程中发生错误，则102M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99如果我们使用有限状态机，程序可以回滚到以前的状态，而不影响程序的原始进程（即不修改程序的原始代码）。但这在Petri网的情况下可能是不可能的，因为它会回滚到整个过程的原点。因此，每当在使用Petri网时发生错误时，控制到达过程的原点，从而增加了时间和空间复杂度，以便达到用于进行进一步不同改变的状态（从该状态已经回滚），以使系统根据改变请求工作。3.5 达性在有限状态机中，所有的状态都是可达的，因为有限状态机仅由有限个状态组成。然而，在Petri网的情况下，有时这是不可能的，因为它们是状态转移系统。然而，状态转换系统与有限状态自动机在几个方面不同：在状态转换系统中，状态的集合不一定是有限的，甚至是可数的。在状态转移系统中，转移的集合不一定是有限的，甚至是可数的。3.6 死锁的可能性有一个死锁的情况下，Petri网的可能性（这可能并不总是可能的），因为它已被用来模拟各种并发和离散事件的分布式系统。但是，由于有限状态机是一种用于设计计算机程序和时序逻辑电路的数学计算模型，因此它不可能出现死锁。3.7 时间和空间复杂度有限状态机在给定的时间只能存在于状态中，而Petri网在给定的时间可以存在于多个状态中。因此，有限状态机比Petri网简单。有限状态机由于其结构简单、处理简单，占用的时间和空间较少，而Petri网由于其结构复杂、处理复杂，占用的时间和空间较多。3.8 结构有限状态机由两个主要部分组成，即状态和变迁，而Petri网由四个主要部分组成，即库所，变迁，弧和令牌。换句话说，由于有限状态机仅由状态、输入符号和转换组成，因此它非常简单且易于理解，而Petri网是具有两种称为位置和转换的节点类型的有向二分图。节点通过有向弧连接。不允许两个相同类型的节点之间的连接。地点由圆圈表示，过渡由矩形表示。有向弧描述了哪些地方是发生转换（由箭头表示）的前条件和/或后条件。这些东西使得Petri网在结构上比有限状态机更复杂。3.9 逻辑学的理论基础由于有限状态机对逻辑的理论基础有充分的支持，它更适用于与逻辑集合论相关的时序处理建模;而Petri网对逻辑的理论基础没有支持，它更适用于与事件和条件相关的并发处理建模。M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）991034 案例研究图1（a）和1（b）显示了使用Petri网和有限状态机的贷款批准表示。在Petri网的情况下，每当一个更改请求来，整个过程是从原点提取，而在有限状态机的情况下，只有一个特定的逻辑集被提取。例如，在一个银行系统中，考虑一个变更请求，其描述是必须向所有类型的贷款添加一定数量的税贷款审批全过程的Petri网P1E1贷款审批全逻辑的有限状态机Q00P2 P3F3E2 E310P4P5E4E5P9P6P7E6E7P10 P11P8P12Q11111辆F9F6F7F8E8P14P13101112Q2131F10110F11E921端H在进行更改时提取整个部件图1（a）但只有一个特定的部分被提取，而做改变。图1（b）104M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99Q0F3Q11111F9F6F7F810131112H教育贷款”（见表1和表2）。在使用Petri网时，需要从原点提取整个过程。在上述示例中，提取包括{P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，P10，P11，P12，P13，P14}表示位置的集合，{E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9}表示位置的集合。转换（参见表3和表4）。因此，在FSM的帮助下，时间和步伐的复杂性降低，在Petri网的情况下，它要大得多，因为它涉及从原点提取整个过程，即使主要目的是做微小的改变。4.1变更评价02001Q21Q21F10120121执法图2（a）执行顺序图2（b）在使用变更因素评估变更时，FSM在实施变更评估方面发挥了重要作用，没有任何复杂性，并且还为分析师提供了清晰的可视化，他们不需要有太多的编程知识来理解系统的功能。通过使用变化因子和有限状态机，可以很容易地检测出错误或违反政策或现有系统的偏离超出特定的上下文的帮助下，在做更改或可靠性后的状态转换表中的转换的数量。使用的变更因素是业务策略执行、执行顺序、代码一致性和相似性度量。F11E21H经营方针F1020q0 F400F31201Q11111F9F6F7F810131112F11M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99105代码一致性Q00F301Q1111F9F61F7F810131112Q21F10120F1121H图2（c）相似性度量Q00F310Q1111F9F61F7F810131112Q21F10120F11E21H图2（d）图3使用有限状态机测量变化因子106M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99表1TABL规则功能参数政策Dependenc y帐户创建R1Get_details（）F1名称P1NULLNULL地址P2占领P3占用地址P4年收入P5帐户类型P6监护人姓名P7create（）F2名称P1PO1F2->F1，F4地址P2占领P3占用地址P4年收入P5帐户类型P6监护人姓名P7账号P8账户有效期R2Valid_account（）F3账号P8PO2F3->F2，F5Valid_address（）F4地址P2NULLF4->F1贷款输入明细R3获取_loandetailsF5财产P9PO4F5->F2财产所有人P10物业_地址P11财产价值P12贷款类型P13实际贷款额P14账号P8资格核证R4Transaction_checking（）F6账号P8NULLF6->F3，F5交易数P15天数P16Account_balance（）F7totalBalanceP17PO3F7->F3，F5账号P8贷款类型P13minBalanceP18实际贷款额P14Property_checking（）F8账号P8PO4F8->F3，F5财产P9财产价值P12物业_地址P11minWorthP19贷款类型P13Income_checking（）F9账号P8NULLF9->F3，F5占领P3年收入P5贷款类型P13职业_地址P4贷款审批R5Funds_available（）F10账号P8NULLF10->F3，F5贷款种类P13利率P20实际贷款额P14已付贷款总额（）F11账号P8PO5F11->F5，F6，F7、F8、F9、F10贷款种类P13利率P20实际贷款额P14贷款总额P21M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99107表3地方符号贷款请求P1有效地址列表P2有效帐户列表P3用于资格检查的有效帐户P4最低收入名单P5最低财产价值P6最低余额P7最低交易次数P8有效收入账户P9具有有效财产价值的帐户P10有有效余额的帐户P11具有有效交易次数的帐户P12各类贷款利率P13符合贷款审批条件的账户P14表4过渡符号获取贷款输入详细信息E1验证地址E2正在验证帐户E3收入检查E4值得检查的E5均衡检查E6交易检查E7计算利息E8计算贷款总额至支付E9表2表2政策描述PO1仅当地址是有效地址时才应创建帐户PO2一个人应该持有账户PO3总余额应大于规定的最低余额，但以军人为职业的人员除外PO4业主应是贷款借款人，但学生申请教育贷款的情况PO5教育贷款无税无利率表3.图3通过有限状态机显示了变更因素代码一致性（cc1）、相似性度量（sm1）、执行顺序（ooe1）和业务策略实施（bpe1）的度量。对于每个变更请求，检索与该请求相关的业务逻辑并构造有限状态机，而使用Petri网时，为整个业务流程构造状态和转换。 在实验分析中给出了Petri网构造、有限状态机构造、规则检测时间、函数检测时间和每个变更请求在模型级的总体变更执行所需时间的评估。5 实验分析执行Petri网和有限状态机中的更改所花费的总时间基于以下考虑而变化。使用petri网进行更改的总执行时间由以下公式托特TdtRtt其中，Tot令牌转换所需的时间Tdt转换决策所需的时间Rtt实际转换所而使用有限状态机的更改的总执行时间使用以下公式给出：Rtt其中Rtt实际过渡因为在有限状态机中没有令牌，并且在转换中没有时间进行决策在这种情况下，直接考虑状态转换表，并进行108M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）99轻易类似地，使用以下公式给出在改变期间由petri网和有限状态机占用的空间Petri网的空间复杂度=PiCRTOSTSSTTDSTTLT其中P过程i进程IDCR变更请求TOST进程令牌占用的存储空间SST存储用于状态及其详细信息TDST存储用于过渡及其详细信息用于转换日志记录的有限状态机的空间复杂度=BLi CRSSTTLT为变更请求检索BL业务逻辑的位置i流程idCR变更请求用于状态及其详细信息的存储T用于转换日志记录的除了时间复杂度和空间复杂度之外，还评估了检测模型中的规则所花费的时间，检测函数所花费的时间，模型构建所花费的时间，并在下表中显示。整个实验使用Netbeans IDE 6.9.0完成。表5 FSM和Petri网的性能评估上表给出了30个变更请求的性能评估分析，其中RdtinFSM给出了FSM（有限状态机）中的规则检测时间，RdtinPnet给出了Petri网模型中的规则检测时间。类似地，Fdt时间是函数检测时间，Et是变化的执行时间，Pct是Petri网构造时间，Fct是有限状态机构造时间，Sc是空间复杂度，其根据图灵机带来测量。由于Petri网使用直接过程，与有限状态机使用的磁带数量相比，所占用的磁带数量非常大。M. Thirumaran等人/ IERI Procedia 4（2013）991096 .结论比较了在Web服务变更管理框架中使用有限状态机和使用Petri网的优势。设计的变更管理模型支持业务分析师直接执行变更，而不是依赖于IT分析师。因此，一个模式驱动的过程是诱导管理的服务，而不是考虑业务流程的服务的逻辑方面的变化。当过程是模式驱动的，分析了有限状态机是更有效的比Petri网，因为它们的顺序处理性质。使用Netbeans IDE构建了一个变更管理场景，并通过Petri网和有限状态机将变更纳入逻辑。这两个概念模型的性能分析的基础上所花费的时间执行的变化，所花费的时间用于构建的模型，所花费的时间用于规则检测，所花费的时间用于功能检测和空间使用的模型在更改执行。通过对客观因素的评价，认为有限状态机比Petri网更适合作为变更管理模型，因为紧急变更需要在更短的时间内得到有效的处理。引用[1] 刘旭民，吴洁，周立，“Ev-Lcs：一个长期组合服务的演化系统”，IEEE服务计算学报，2004年。PP，2011年第99期。[2] Dimitris Apostolou，Gregoris Mentzas，Ljiljana Stojanovic，Barbara Thoenssen，Tomás ParienteLobo，[3] Bruno Wassermann，Heiko Ludwig，Jim Laredo，Kamal Bhattacharya，Liliana Pasquale，[4] Bassam Atieh Rajabi，Sai Peck Lee，信息管理与工程国际会议，978-0-7695-1/09，2009 IEEE。[5] 李文，[6]Haochen Li，Zhiqiang Zhan，“基于机器学习的业务驱动的自动IT变更管理”，978-1-4673-0269-2/12，2012 IEEE。[7] 杜艳华，李锡通，熊鹏程，2012年。[8] Sabri MTIBAA和Moncef TAGINA，“使用高级Petri网管理以公民为中心的医疗保健服务平台的变化”，（IJACSA）国际高级计算机科学与应用杂志，第XXX卷，第XXX期，2011年。[9] 陈文，“基于Petri网的过程建模”，计算机系统与技术国际会议，2003年。[10] S. Mtibaa和M. Tagina，“分布式远程医疗环境中基于自动化Petri网的变更管理方法”，电信杂志，第15卷，第1期，2012年7月。