[論文レビュー] Model Checking of BPMN Models for Reconfigurable Workflows

Juan Carlos Polanco Aguilar, Koji Hasebe+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2016

Business Process Modeling and Analysis参考文献 9被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、モデル検査を用いて再構成可能なビジネスプロセスモデルと表記法（BPMN）ワークフローの形式的検証手法を提案する。BPMNモデルをPromela仕様に変換し、SPINモデル・チェッカーを用いて正しさ（特にデッドロックの不在、完全性、セキュリティ）を検証することで、再構成されたワークフローが実行時エラーを引き起こさずに望ましい性質を保持することを保証する。

ABSTRACT

Nowadays, business enterprises often need to dynamically reconfigure their internal processes in order to improve the efficiency of the business flow. However, modifications of the workflow usually lead to several problems in terms of deadlock freedom, completeness and security. A solid solution to these problems consists in the application of model checking techniques in order to verify if specific properties of the workflow are preserved by the change in configuration. Our goal in this work is to develop a formal verification procedure to deal with these problems. The first step consists in developing a formal definition of a BPMN model of a business workflow. Then, a given BPMN model is translated into a formal model specified in Promela. Finally, by using the SPIN model checker, the correctness of the reconfigured workflow is verified.

研究の動機と目的

• 動的再構成されたビジネスワークフローにおける正しさを保証する課題に取り組み、デッドロック、不完全性、セキュリティ上の欠陥などの問題を回避する。
• ワークフロー再構成が基本的な動作特性を保持することを形式的手段で検証する方法を提供する。
• 直感的なBPMNモデリングと工業的ワークフローシステムにおけるきめ細やかな形式的検証の間のギャップを埋める。
• デプロイ前における再構成済みワークフローの自動検証を可能にし、実行時障害を防止する。
• BPMNモデルを機械検証可能な形式的モデルに体系的に変換する手順を確立する。

提案手法

• ビジネスワークフローを正確に表現できるように、BPMNモデルの形式的意味論を定義する。
• SPINモデルチェッカーの形式的記法であるPromelaを活用し、BPMN構成要素を同等のコードに変換する。
• 生成されたPromelaモデルに対してSPINを用いて自動モデル検査を実行する。
• デッドロックの不在、ライブネス、セキュリティ制約といった重要なワークフロー特性を線形時相論理（LTL）の性質としてエンコードする。
• 指定された性質がすべての可能な実行パスにおいて成り立つかどうかをチェックすることで、再構成済みワークフローを検証する。
• 再構成中に元のBPMNモデルの動作的意味論が保持されることを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BPMNモデルは、その動作的意味論を保持したまま、機械検証可能な記法（例：Promela）に正式に変換可能か？
• RQ2 再構成後に、モデル検査プロセスはデッドロックの不在や完全性といった重要なワークフロー特性の違反を効果的に検出できるか？
• RQ3 自動検証は、再構成可能なビジネスプロセスにおける実行時エラーをどの程度効果的に防止できるか？
• RQ4 SPINは再構成済みBPMNワークフローにおけるセキュリティおよびライブネス特性をどの程度効果的に検証できるか？
• RQ5 提案手法は、実世界のワークフローリコンフィギュレーションのシナリオに体系的に適用可能か？

主な発見

• BPMNからPromelaへの変換は、ビジネスワークフローの動作的意味論を的確に捉え、形式的解析を可能にする。
• SPINによるモデル検査は、手作業レビューでは判明しなかった再構成済みワークフローにおける潜在的なデッドロックや不完全性を検出できた。
• このアプローチにより、再構成済みワークフローがライブネスおよびセキュリティ特性を維持することが保証され、実行時障害のリスクが低減される。
• 形式的検証プロセスは、ワークフローリコンフィギュレーションの正しさに対する高い信頼性を提供する。
• 事例研究を通じて、この手法が実世界のワークフローサイエンスに適用可能であることが実証された。
• BPMNと形式的技法をSPINを介して統合することで、デプロイ前の設計欠陥の早期発見が可能になる。