[논문 리뷰] Model Checking of BPMN Models for Reconfigurable Workflows

Juan Carlos Polanco Aguilar, Koji Hasebe외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 02.

Business Process Modeling and Analysis참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 모델 체킹을 이용하여 재구성 가능한 비즈니스 프로세스 모델링 및 표기법(BPMN) 워크플로우에 대한 형식적 검증 방법을 제안한다. 이는 BPMN 모델을 Promela 사양으로 변환하고, SPIN 모델 체커를 사용하여 정당성—특히 死록 방지, 완전성, 보안성—을 검증함으로써 재구성된 워크플로우가 런타임 오류 없이 원하는 성질을 유지함을 보장한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 동적 재구성된 비즈니스 워크플로우에서 정당성을 확보하여 데드락, 불완전성 또는 보안 결함과 같은 문제를 방지하는 데 도전한다.
• 워크플로우 재구성이 핵심 행동 성질을 유지하는지를 형식적 방법으로 검증하는 것을 제공한다.
• 실용적인 BPMN 모델링과 엄밀한 형식적 검증 간 격차를 메운다.
• 런타임 장애를 방지하기 위해 배포 이전에 재구성된 워크플로우를 자동으로 검증할 수 있도록 한다.
• 원본 BPMN 모델의 행동 의미를 유지하면서 워크플로우 모델을 기계로 검증 가능한 형식 모델로 체계적으로 변환하는 절차를 수립한다.

제안 방법

• 비즈니스 워크플로우를 정확히 표현하기 위해 BPMN 모델에 대한 형식적 의미를 정의한다.
• SPIN 모델 체커의 형식 사양 언어를 활용하여 BPMN 구성 요소를 해당하는 Promela 코드로 변환한다.
• 생성된 Promela 모델에 대해 SPIN을 사용하여 자동 모델 체킹을 수행한다.
• 데드락 방지, 활성성, 보안 제약 조건과 같은 핵심 워크플로우 성질을 선형 시간 논리(LTL) 성질로 표현한다.
• 모든 가능한 실행 경로에서 지정된 성질이 유지되는지 확인하여 재구성된 워크플로우를 검증한다.
• 재구성 과정 동안 원본 BPMN 모델의 행동 의미를 유지함을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BPMN 모델이 행동 의미를 유지하면서 기계로 검증 가능한 사양 언어인 Promela로 형식적으로 변환될 수 있는가?
• RQ2 재구성 후에도 데드락 방지 및 완전성과 같은 핵심 워크플로우 성질 위반을 모델 체킹 과정이 효과적으로 탐지할 수 있는가?
• RQ3 자동 검증이 재구성 가능한 비즈니스 프로세스에서 런타임 오류를 어느 정도 방지할 수 있는가?
• RQ4 SPIN은 재구성된 BPMN 워크플로우에서 보안성 및 활성성 성질을 얼마나 효과적으로 검증할 수 있는가?
• RQ5 제안된 방법은 실제 워크플로우 재구성 시나리오에 체계적으로 적용될 수 있는가?

주요 결과

• BPMN에서 Promela로의 변환은 비즈니스 워크플로우의 행동 의미를 성공적으로 포괄하여 형식적 분석을 가능하게 한다.
• SPIN을 이용한 모델 체킹은 수동 검토 시에는 드러나지 않았던 재구성된 워크플로우에서 잠재적인 데드락과 불완전성을 탐지했다.
• 이 방법은 재구성된 워크플로우가 활성성 및 보안 성질을 유지함으로써 런타임 장애의 위험을 줄인다.
• 형식적 검증 과정은 워크플로우 재구성의 정당성에 대해 높은 신뢰도를 제공한다.
• 사례 연구를 통해 실제 워크플로우 시나리오에 적용 가능함을 확인하였다.
• BPMN와 SPIN을 통합함으로써 배포 이전에 설계 결함를 조기에 탐지할 수 있다.